DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.155491

硅基（Si基）材料因其超高的理论比容量而备受关注，而巨大的体积膨胀和较差的电子传导性阻碍了其在锂离子电池（LIBs）中的实际应用。合理的结构设计是一种极具吸引力的策略，尤其是中空核壳结构。在此，研究者将Si纳米颗粒（Si NPs）封装在ZIF-67金属有机框架中，以获得Si@ZIF-67颗粒，然后通过静电纺丝、硫化和碳化处理将其包裹在一维碳纤维（CFs）中，以获得自支撑Si@Co9S8 CF电极。中空核壳型Si@Co9S8颗粒可以显著改善锂化/去锂化循环过程中Si材料的体积变化，并且CFs的引入为提高复合材料的导电性提供了有效的一维电子路径。此外，不可忽略的是，Si@Co9S8 CF膜可以作为自支撑电极，这避免了传统电极制备的繁琐程序。所得复合电极具有优异的倍率性能和超稳定的循环寿命。总体而言，这项工作为自支撑硅基电极材料的开发提供了一些新的见解。

图1.Si@Co9S8 CF薄膜的制备示意图。

图2.Si NPs的SEM和SAED图像（a和b）；Si@ZIF-67颗粒的SME和TEM图像（c和d）；Si@Co CF膜的SEM和TEM图像（e和f）；Si@Co CF膜的SAED图谱（g）；Si@Co CF膜的HRTEM图像（h）；Si@Co9S8 CF膜的SEM和TEM图像（i和j）；Si@Co9S8 CF膜的SAED图谱（k）；Si@Co9S8 CF膜的HRTEM图像（l和m）；Si@Co9S8 CF膜的EDS映射（n）。

图3.Si@Co CF和Si@Co9S8 CF膜的XRD光谱（a）；Si@Co9S8 CF膜Co3d（b）、S2p（c）、Si2p（d）、N1s（e）和C1s（f）区域的XPS光谱。

图4.Si@Co CF（a）和Si@Co9S8 CF（b）电极的CV曲线；Si@Co CF（c）和Si@Co9S8 CF（d）电极前四个循环的充放电曲线。

图5.Si@Co CF和Si@Co9S8 CF电极的倍率性能（a）、循环性能（b）和长期循环性能（c）；所得电极在0.01-100kHz频率范围内的EIS曲线（d）；循环过程中Si@Co9S8 CF负极的机构图。