DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.162703

碳族材料，如Si、SiO2、Sn和SnO2，作为锂离子电池（LIBs）负极具有较高的理论容量，但由于体积变化巨大，循环稳定性较差。为了克服这些缺陷，通过静电纺丝技术制备了一种由水热合成超细SnOx纳米颗粒和SiO2@一维（1D）氮掺杂碳纳米纤维组成的新型复合材料（SnOx/SiO2@N-CNF）。得益于其独特的结构设计，SnOx和SiO2纳米颗粒牢固封装在氮掺杂碳纳米纤维（N-CNFs）中，作为LIBs负极时SnOx/SiO2@N-CNF电极不仅具有优异的倍率性能（在2A/g时为434mAh/g)，还表现出显著的长期循环性能（在1A/g下循环1000次后为754mAh/g）。N-CNFs可以有效防止SnOx和SiO2的体积膨胀和与电解质的直接接触，并缩短锂离子的扩散路径以提高电导率。有趣的是，由于SnOx和SiO2的协同效应，扩散控制的氧化还原反应主导了充放电过程中的电荷转移。因此，SnOx/SiO2@N-CNF是一种很有前途的负极材料，在高电流密度下具有优异的长期循环性能，为LIBs快速充电技术提供了一种新型负极材料。

图1.SnOx/SiO2@N-CNF的合成过程示意图。

图2.（a）SnO2,（b）SiO2@N-CNF,（c）SnOx@N-CNF和（d）SnOx/SiO2@N-CNF的高倍放大SEM图像。（f）SnO2和（e）SnOx/SiO2@N-CNF的TEM图像。

图3.（a-b）SnOx/SiO2@N-CNF的TEM和（c-d）HRTEM图像。（e）SnOx/SiO2@N-CNF复合材料的STEM图像以及（f）C、（g）N、（h）O、（i）Sn和（j）Si的相应元素映射图像。

图4.（a）所制备的SnO2、SnOx@N-CNF、SiO2@N-CNF和SnOx/SiO2@N-CNF的XRD图谱和（b-c）拉曼光谱。d）SnOx@N-CNF、SiO2@NCNF和SnOx/SiO2@N-CNF的TGA曲线。

图5.（a）四种复合电极在不同电流密度下的倍率性能。（b）所制备的样品在0.5A/g下的循环性能。SnOx/SiO2@N-CNF电极（c）在放电电流密度从0.1A/g增加到5.0A/g以及（d）在0.5A/g下进行第1、10、100、200和500次循环的GDC曲线。（e）SnOx/SiO2@N-CNF电极在1A/g和在0.1A/g下进行前五个循环的循环性能。插图是SnOx/SiO2@N-CNF电极在1A/g下循环1000次后的SEM图像。

图6.（a）在0.01-3.0V（vs.Li/Li+）范围内扫描速率为0.5mV/s时的CV曲线，（b）SnOx/SiO2@N-CNF电极前五个循环的GDC曲线，（c）SnOx/SiO2@N-CNF电极在0.1-1mV/s不同速率下的CV曲线以及（d）决定b值的拟合阳极/阴极峰值电流。

图7.（a）低频范围内SnOx/SiO2@N-CNF电极初始、第50次和500次循环后的电化学阻抗谱（符号）和拟合曲线（线）以及（b）Z'与ω-1/2的关系图。插图是圆圈部分的放大图。（c）EIS中使用的等效电路。（d）Rct和Rf的拟合值。

图8.SnOx/SiO2@N-CNF电极（a）在2A/g下循环1800次以及（b）在5A/g下循环5000次（前五个循环在0.1A/g下进行）的长期循环性能。