DOI: 10.1016/j.jallcom.2022.164734

高容量硅（Si）是一种很有前途的锂离子电池负极材料。然而，在锂化/脱锂过程中，由于巨大的体积变化而产生的Si粉碎会导致循环过程中的容量损失。为了应对低循环性的挑战，在碳纳米复合材料中嵌入纳米硅是一种很有吸引力的解决方案。在此，本文提出了一种有效的方法，用于合成由Si纳米颗粒均匀嵌入导电碳纳米纤维（CNF）网络构成的纳米复合材料。对含有水解四乙氧基硅烷（TEOS）（作为Si前体）的聚丙烯腈（PAN）溶液进行静电纺丝，随后对混合纳米纤维进行碳化，产生了SiO2超细纳米畴嵌入碳纳米纤维网（C-SiO2）。低温熔盐辅助铝热还原C-SiO2纳米纤维能够在不形成有害SiC的情况下制备出C-Si/SiOx纳米复合材料，高温下，碳和SiO2相之间具有高界面面积的体系在热力学上是有利的。纳米复合材料C-Si/SiOx负极在200mA/g下显示出860mAh/g的可逆容量，100次循环后容量仍保持在680mAh/g。此外，纳米复合材料负极在400mA/g下可提供569mAh/g的可逆容量，同时在随后的100次循环后保持最大容量的95%。本研究成功制备出C-Si/SiOx纳米复合材料，证明了利用反应前体结合低温铝热还原设计纳米复合材料负极的能力。

图1.（a）PAN-SiOx杂化纳米纤维的SEM显微照片，（b）PAN-SiOx纳米纤维和纯PAN的FTIR光谱，以及（c）PAN-SiOx纳米纤维在空气中的TGA。

图2.（a）碳化C-SiO2纤维的SEM显微照片，（b）XRD图谱，（c）TGA（空气气氛下）和（d）拉曼光谱。

图3.（a）还原C-Si/SiOx纤维的SEM显微照片，（b）XRD图谱，（c）TGA（空气气氛下）和（d）拉曼光谱。

图4.碳化纤维以及通过磁热还原和铝热还原得到的还原纤维的XRD图谱。

图5.（a）铝热还原前和（b）铝热还原后碳化杂化纳米纤维中O1s和Si2p的XPS光谱。

图6.（a）C-Si/SiOx材料作为工作电极的循环伏安图（CV），（b）奈奎斯特图与CV循环次数的关系，（c）倍率性能，（d）所选循环的电压曲线，以及（e）循环性能。