DOI:10.1016/j.carbon.2020.12.016

具有高理论容量的过渡金属氧化物（TMOs）是钠离子电池（SIBs）的理想负极候选材料，但由于在嵌钠/脱钠过程中体积变化大且传输动力学缓慢，从而导致其循环稳定性和倍率性能较差。在此，研究者开发了一种通用策略来制备氮掺杂碳纳米纤维包裹超细TMOs纳米粒子（uf-TMOs@N-CNFs，M=Fe，Mn，Zn等），作为SIBs的高性能负极。通过原位静电纺丝和随后的碳化策略可以轻松合成uf-TMOs@N-CNFs，其中聚乙烯吡咯烷酮（PVP）被用作抑制金属团聚和控制TMOs尺寸的有效分散剂。得益于超细TMOs和导电N-CNFs基材之间的紧密相互作用，uf-TMOs@N-CNFs可以有效减轻TMOs的聚集和粉碎，促进电子/离子转移，并增强伪电容电荷存储，从而带来优异的钠存储性能，包括令人满意的可逆容量、出色的倍率性能和持久的循环稳定性。有趣的是，所制备的uf-TMOs@N-CNFs膜还具有出色的柔性，有望用作柔性SIBs的自支撑柔性电极。综上所述，本工作提供了一种通用且可行的方法来构建用于储能装置的坚固且具备柔性的电极。

图1.（a）uf-TMOs@N-CNFs和TMOs@N-CNFs的合成过程示意图。（b）PVP辅助合成的碳纳米纤维包裹超细TMOs纳米粒子的示意图。

图2.（a-c）uf-Fe3O4@N-CNFs和（d）Fe3O4@N-CNFs的TEM图像。（e）uf-Fe3O4@N-CNFs的暗场TEM图像以及（f）C、N、O和Fe元素的对应EDX元素映射。

图3.（a）uf-ZnO@N-CNFs，（b）uf-MnO@N-CNFs，（c）ZnO@N-CNFs和（d）MnO@N-CNFs的TEM图像。

图4.（a）uf-Fe3O4@N-CNFs和Fe3O4@N-CNFs的XRD图谱。（b）uf-Fe3O4@N-CNFs的TGA曲线。

图5.（a）uf-Fe3O4@N-CNFs的XPS全扫描，（b）Fe2p，（c）O1s和（d）C1s光谱。

图6.（a）uf-Fe3O4@N-CNFs在0.2 mV s-1下的CV曲线。（b）uf-Fe3O4@N-CNFs在0.1 A g-1下的循环性能。（c）uf-Fe3O4@N-CNFs和Fe3O4@N-CNFs在1.0 A g-1下的循环性能。（d）uf-Fe3O4@N-CNFs和Fe3O4@N-CNFs在0.05、0.1、0.3、0.5、1.0、2.0、3.0和5.0 A g-1下的平均容量比较。

图7.（a）uf-Fe3O4@N-CNFs在不同电流密度下的倍率性能。（b）uf-Fe3O4@N-CNFs在5.0 A g-1的高电流密度下的长期循环曲线。（c）某些电化学循环后uf-Fe3O4@N-CNFs的奈奎斯特阻抗图。（d）uf-Fe3O4@N-CNFs在1 A g-1下循环1000次后的TEM图像。（e）uf-Fe3O4@N-CNFs膜的侧视图。（f）带有可选弯曲度的柔性SIBs的照片。

图8.uf-Fe3O4@N-CNFs负极Na+储存行为的动力学和定量分析：（a）不同扫描速率下的CV曲线。（b）对数峰值电流与对数扫描速率的关系图。（c）在1.0 mV s-1下分离电容（粉红色区域）和扩散控制（浅蓝色区域）贡献。（d）不同扫描速率下的伪电容贡献率。