DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.158481

本研究设计了一种根须结构的三维CNTs-CNFs网络作为锂离子电池的独立负极。采用同轴静电纺丝技术和常规碳化工艺，将镍催化剂均匀分散在碳纳米纤维（CNFs）表面上。此后，通过化学气相沉积法（CVD）在碳纳米管表面垂直生长碳纳米管（CNTs）。就像植物依靠强壮的根须从土壤中吸收和运输养分一样，这种3D CNTs-CNFs网络与电解质有着极好的接触，具有捕获锂离子的优异能力。而且，交错的纳米结构同时为电子和离子提供了更短更快的传输通道。因此，用这种CNTs-CNFs负极组装的LIBs具有优异的循环稳定性（100次循环后在100 mA g-1下为545.7 mAh g-1，1000次循环后在1 A g-1下为316.8 mAh g-1） 和出色的额定容量（在1 A g-1时为306.72 mAh g-1）。

图1.CNTs-CNFs制备过程中使用的仪器和结构示意图（a-b）。

图2.（a）同轴电纺PVP@Ni（NO3）2/PAN膜，（b）预氧化膜，（c）CNFs-35膜的SEM图像。不同位置的EDX（c）：（d）点1，（e）点2。（f）CNFs-35的XPS全扫描光谱。

图3.（a）CNTs-CNFs-5，（b）CNTs-CNFs-20，（c）CNTs-CNFs-35，（d）CNTs-CNFs-50的SEM图像和CNTs的HRTEM（e-f）。

图4.（a）CNTs-CNFs-35和CNFs的N2吸附-解吸等温线。（b）CNFs膜，CNFs-35膜，CNTs-CNFs-35膜的XRD。（c）CNFs膜和CNTs-CNFs-35膜的拉曼光谱。

图5.（a）CNTs-CNFs作为LIBs独立负极的仿生效应。（b）不同电极的EIS分析。

图6.（a）CNTs-CNFs在0.5 mV s-1下的CV曲线，（b）CNFs在0.5 mV s-1下的CV曲线。（c）CNTs-CNFs的恒电流充放电曲线。

图7.（a）CNTs-CNFs、Ni-CNFs和CNFs在100 mA g-1下的循环性能。（b）CNTs-CNFs、Ni-CNFs和CNFs的倍率性能。（c）CNTs-CNFs、Ni-CNFs和CNFs在1 A g-1下的长期循环性能。

图8.（a）CNFs-CNTs膜的数字照片和弯曲测试插图，以及在1 A g-1下经过1000次循环后，独立式CNFs-CNTs电极的SEM图像：（b）超声处理之前，（c）超声处理之后。