DOI: 10.1021/acsaem.1c01713

目前，硅（Si）作为锂离子电池负极材料的实际应用主要受到巨大的体积变化和低电导率的限制。核壳硅/碳（Si/C）复合材料可以大大缓解Si的大体积变化并提高Li+电导率。然而，碳壳的开裂和电极结构的失效仍然限制了锂存储能力和循环寿命。在此，通过双喷嘴静电纺丝技术制备了一种柔性自支撑N掺杂核壳Si/C纳米纤维（SC-NF）负极。研究发现，在这种纤维中，Si颗粒经纤维碳壳包裹可以解决Si粉化和体积变化的缺点。此外，源自碳化PAN的高导电性N-C壳可以加速Li+的扩散和电荷传输。因此，所制备的核壳SC-NF-0.24电极的初始比放电容量为1441mAh/g，在0.5A/g下的容量保持率为76.9％，每个循环的容量衰减率仅为0.1％（从第三个循环开始），显示出良好的循环性能。综上所述，本研究所制备的自支撑核壳SC-NF是一种很有前景的高性能锂离子电池负极材料。

图1.SC-NF复合材料的合成示意图。

图2.（a）SC-NF-0.18、SC-NF-0.24和SC-NF-0.30壳核SC-NF的XRD谱。（b）SC-NF-0.18、SC-NF-0.24和SC-NF-0.30壳核SC-NF的热重图谱。（c）SC-NF-0.24核壳SC-NF的氮气吸附等温曲线。（d）SC-NF-0.24样品壳核SC-NF的孔径分布曲线。

图3.（a-c）SC-NF-0.18、SC-NF-0.24和SC-NF-0.30复合材料的SEM图像，（d-f）纳米纤维的横截面图像，以及（g-i）TEM图像。

图4.（a）SC-NF-0.24核壳SC-NF的XPS全扫描光谱，（b）C1s，（c）Si2p，和（d）N1s。

图5.（a-d）核壳SC-NF-0、SC-NF-0.18、SC-NF-0.24和SC-NF-0.30电极的恒电流充电和放电曲线。

图6.（a）SC-NF-0、SC-NF-0.18、SC-NF-0.24和SC-NF-0.30核壳Si/C负极的EIS奈奎斯特图。（b）在0.01-2V的电压范围内，SC-NF-0.24负极在0.1mV/s下的循环伏安曲线。（c）SC-NF-0、SC-NF-0.18、SC-NF-0.24和SC-NF-0.30电极在0.5A/g下的循环性能。（d）SC-NF-0、SC-NF-0.18、SC-NF-0.24和SC-NF-0.30核壳Si/C负极在不同电流密度下的倍率性能。