DOI: 10.1016/j.electacta.2021.139747

二氧化硅（SiO2）具有比容量大、成本低等优点，是一种很有前途的锂离子电池负极材料，但其实际应用受到体积膨胀大、导电性差等缺点的限制。本研究使用酚化解聚木质素糠醛（PDLF）树脂作为可再生碳前体，设计了中空SiO2纳米管以应对上述挑战。在此，研究者通过静电纺丝合成了自支撑SiO2纳米管@碳纳米纤维（SNTs@CNFs）垫。从纳米级形貌来看，SNTs与纤维框架一起嵌入到CNFs的内部和表面。中空多孔SiO2纳米管缓解了锂离子嵌入/脱嵌过程中的体积膨胀。同时，相互连接的生物基CNFs提高了材料的导电性并缩短了锂离子扩散路径。SNTs@CNFs垫具有出色的机械柔性，可用作自支撑负极，无需任何粘合剂、炭黑和集电器，在100mA/g的电流密度下循环300次后可提供1067mAh/g的超高可逆容量。即使在1000mA/g的高电流密度下循环700次后仍可保持562mAh/g的可逆容量。综上，本工作代表了一项对下一代高能量密度LIBs和其他柔性储能设备的重要探索。

图1.（a）Ni-N2H4纳米晶体的TEM图像。（b,c）SNTs的SEM和（d）TEM图像。（e）CNFs的SEM以及（f）TEM和HR-TEM图像。

图2.（a）SNTs@CNFs（PAN）和（b）SNTs@CNFs的SEM图像。（c）SNTs@CNFs复合材料的TEM和（d）HRTEM图像。（e-f）SNTs@CNFs中C（红色）、O（蓝色）、Si（绿色）的EDS元素映射及其重叠。（g）PDLF的反应机理以及SNTs之间的氢键效应。（h）弯曲状态下SNTs@CNFs垫的照片。

图3.（a）SNTs、CNFs和SNTs@CNFs材料的XRD谱。（b）SNTs@CNFs复合材料的拉曼光谱和（c）TG曲线。

图4.（a）SNTs@CNFs的XPS全扫描光谱。（b）C1s、（c）O1s和（d）Si2p的高分辨率XPS光谱。

图5.（a）SNTs、CNFs（PAN）、CNFs和SNTs@CNFs的氮气吸附-解吸等温线和（b）孔径分布。

图6.（a）SNTs@CNFs电极在0.01-3.0V电压范围内、0.1mV/s扫描速率下的CV曲线。（b）SNTs、CNFs（PAN）、CNFs、SNTs@CNFs（PAN）和SNTs@CNFs复合材料在100mA/g下的循环性能。（c）SNTs@CNFs在1000mA/g电流密度下的循环性能和（d）倍率性能。

图7.（a）SNTs@CNFs复合材料在100kHz至0.01Hz频率范围内的奈奎斯特图。（b）300次循环后用丙酮清洗的电极的SEM和（c）TEM图像。

图8.（a）SNTs@CNFs在不同扫描速率下的CV曲线。（b）Log（阴极峰值电流密度）与Log（扫描速率）曲线以估计b值。（c）估计SNTs@CNFs在0.5mV/s时的电容贡献。（d）不同扫描速率下电容比的柱状图。