DOI: 10.1016/j.surfin.2022.101814
电极的结构和形态会影响其性能。设计优良的自支撑负极结构对于提高负极导电性和延长锂离子电池(LIBs)的循环寿命具有重要意义。在此,研究者采用静电纺丝技术构建了具有SnO2纳米颗粒复合有序堆叠的定向碳纳米纤维垫(SnO2@OSA-CNFs),作为自支撑集成负极。有序的堆叠结构保证了SnO2纳米颗粒更均匀地分散以及在碳纤维垫中的固定,其光滑的表面确保了固体电解质界面(SEI)的稳定性。此外,有序结构有利于离子和电子的传输。有序堆叠定向纳米纤维的充足空间有利于释放循环后颗粒膨胀引起的集中应力。SnO2@OSA-CNFs负极在600次循环期间表现出优异的循环稳定性,在100mA/g电流密度下的容量为587mAh/g。SnO2@OSA-CNFs电荷转移的电阻为8Ω,在50mA/g下进行第一次循环期间的负极容量达到了1068mAh/g。采用高速旋转收集器的静电纺丝技术可广泛应用于制备重要储能和电池用有序碳纳米纤维复合材料。
图1.(a)SnO2@定向PAN垫、SnO2@OSA-CNFs和SnO2@CNFs垫的数码照片。(b)SnO2@OSA-CNFs垫、SnO2@CNFs和CNFs的拉曼光谱。(c)SnO2@OSA-CNFs、SnO2@CNFs和CNFs垫的XRD图。(d-e)SnO2@CNFs和SnO2@OSA-CNFs的BET曲线和平均孔径。
图2.(a)SnO2@OSA-CNFs和CNF垫的XPS全光谱。SnO2@OSA-CNFs垫中(b)Sn3d、(c)C1s、(d)O1s和(e)N1s的高分辨率XPS。
图3.(a,b)SnO2@CNFs和SnO2@OSA-CNFs的SEM图像,(c,d)SnO2@CNFs和SnO2@OSA-CNFs的TEM图像,(e,f)SnO2@OSA-CNFs和SnO2@CNFs横截面的SEM图像,(g,i)元素C、Sn和O的TEM映射图像。
图4.AFM测试结果。(a)SnO2@OSA-CNFs二维(2-D)平面的AFM图像,(b)SnO2@OSA-CNFs的三维(3-D)山图,(c)SnO2@OSA-CNFs二维表面细节图,(d)SnO2@CNFs二维平面的AFM图,(e)SnO2@CNFs的三维山图,(f)SnO2@CNFs二维表面细节图,(g)SnO2@OSA-CNFs和SnO2@CNF单纤维的差异,(h)根据AFM估计SnO2@OSA-CNFs和SnO2@CNF的偏置电压-电流曲线。
图5.(a)SnO2@OSA-CNFs的CV曲线。(b)SnO2@OSA-CNFs第1次、第3次、第10次、第20次循环期间的充电/放电曲线。(c)SnO2@OSA-CNFs和SnO2@CNF的充电/放电容量和库仑效率。(d)SnO2@OSA-CNFs和SnO2@CNF的电化学阻抗谱,(e)SnO2@OSA-CNFs的循环性能。(f)SnO2@CNFs和SnO2@OSA-CNFs的倍率性能。
图6.无序自支撑负极和有序自支撑负极结构及储锂示意图。