DOI: 10.1016/j.jcis.2022.05.067

先进的电子技术推动了柔性可变形电池的发展，这依赖于先进结构电池的设计和合适电极材料的制造。当前的柔性电子产品通常受到刚性和不可变形电极的限制。在此，本文报告了一种通过静电纺丝和气体形成技术制造的超可压缩海绵状碳纳米纤维复合负极。海绵层丰富的大/微孔和损耗结构使复合电极表现出可压缩性和更快的离子渗透能力。巢穴形态的海绵碳纳米纤维网络保证了自立式负极的稳定导电性和优异的循环性能。可压缩SnO2@海绵状碳纳米纤维和SiO2@海绵状碳纳米纤维自支撑负极在压缩状态下循环300次前表现出优异的循环能力，容量分别为350和398mAh/g。值得注意的是，可压缩海绵复合电极的应力和应变分别为370kPa和92%，具有恢复能力。可压缩海绵负极是柔性电化学储能装置的首选，而新型气体形成技术是制备多形态电极的潜在方法。

图1.（a）电极的制造示意图。（b）可压缩海绵状碳纳米纤维复合负极的形貌及应用。

图2.（a）PAN纳米纤维膜的数码照片。（b）气体形成技术制备的PAN纳米纤维海绵。（c）冷冻干燥的PAN海绵膜。（d）碳纳米纤维膜。（e）碳纳米纤维海绵膜。（f）碳纳米纤维海绵膜的横截面。（g,h）通过0.01M和0.02M NaBH4溶液制备的碳纳米纤维海绵横截面的SEM照片。（i）SnO2@CNF-海绵膜的SEM图像。（j,k）SnO2和固定在CNFs中的SiO2的TEM图。

图3.（a）SiO2@PAN羧基改性纳米纤维、SiO2@PAN氨基改性纳米纤维和SiO2@PAN海绵状纳米纤维（浸泡在NaBH4中）的FTIR光谱。（b）SnO2@PAN羧基改性纳米纤维、SnO2@PAN氨基改性纳米纤维和SnO2@PAN海绵状纳米纤维（浸泡在NaBH4中）的FTIR光谱。（c）海绵状碳纳米纤维在650、700和800℃下碳化的拉曼光谱。（d-e）SiO2@SCNF-海绵膜和SnO2@CNF-海绵膜以及纯海绵碳纳米纤维膜浸泡在NaBH4溶液中的XRD谱。（f）SnO2@SCNF和SiO2@SCNF的BET分析。（g）普通CNF和海绵状CNF的电解质摄取率（重复测量五次以消除误差）。

图4.（a）海绵纤维膜压缩试验的数字图像（在50g、100g、500g的压力下）。（b）海绵状碳纳米纤维膜的压缩应变和压缩应力。（c）海绵状碳纳米纤维负极的恢复试验。（d）海绵状碳纳米纤维膜的松弛模量。（e）海绵状纤维和纤维的渗透率比较。（常温25℃，干燥，三个平行试验）（f）海绵状碳纳米纤维负极的燃烧试验。

图5.（a）和（b）SiO2@PAN纤维、SiO2@PAN海绵膜、SnO2@PAN纤维和SnO2@PAN海绵纤维的TGA图。（c）和（d）海绵状碳纳米纤维的XPS分析。

图6.（a）SiO2@SCNFs和SnO2@SCNFs负极在循环前的阻抗谱。（b）阻抗谱的拟合线。（c）不同扫描速率下的CV曲线。（d）电流密度和扫描速率的函数关系图。（e）SiO2@海绵状碳纳米纤维的循环性能。（f）SnO2@海绵状碳纳米纤维复合负极在压缩状态下的循环寿命。（g）可压缩海绵负极以及锂离子和电子传输示意图。