DOI: 10.1021/acsmaterialslett.3c00199

具有优异理论比容量和中等工作电压的转换型负极被认为是下一代高性能锂离子电池（LIBs）负极的潜在解决方案。然而，转换型负极的实际应用受到缓慢的转化反应动力学和不明确的转化反应机理的阻碍。在此，本研究通过静电纺丝策略巧妙设计并合成了一种具有独特神经节样结构的柔性Co9S8-碳纳米纤维复合泡沫（Co9S8@CF-700）。作为LIBs负极进行测试，碳纳米纤维网络具有显著的导电性、高度可逆的额外容量和优异的缓冲能力，确保了柔性Co9S8@CF-700相对于Co9S8纳米颗粒的转化反应动力学的增强。此外，本研究提出了一种结合了原位X射线衍射（XRD）和原位磁强计技术的综合高时空分辨率原位测量系统，用于揭示Co9S8@CF-700的吸附-转换-空间电荷/插层储锂机理。具体而言，原位XRD检测了中压区的转化反应，原位磁强计监测了高压区的电容行为和低压区的空间电荷/插层储锂行为。总体而言，这项工作为增强LIBs转换型负极的储能动力学和探索其储能机理开辟了新的途径。

图1.（a）Co9S8@CF-x的合成过程示意图。（b）Co9S8@CF-700以不同角度折叠的数码照片。（c,d）Co9S8@CF-700的TEM图像，（e）选区电子衍射图，（f）高角度环形暗场，以及（g-j）EDS元素映射。

图2.（a）Co9S8@CF-700的XRD图谱和Rietveld细化。（b）不同硫含量的CoSx的形成能。（c）Co9S8沿（110）平面的电子局域函数图。（d）Co9S8@CF-700的磁滞曲线。

图3.（a）Co9S8@CF-700在0.1A/g下进行前三个循环的GCD曲线。（b）Co9S8@CF-x和Co9S8的倍率性能，（c）在1A/g下的循环稳定性。（d）基于Co9S8@CF-700的软包电池在0.5A/g下的循环稳定性（根据Co9S8@CF-700的质量计算比容量）。（e）Co9S8@CF-x和Co9S8的奈奎斯特图，（f）Z′-ω-1/2的线性拟合。

图4.（a）Co9S8@CF-700的原位XRD的2D轮廓图，（b）放电至1V的TEM图像，（c）放电至0.01V的TEM图像，（d）充电至3V的TEM图像。

图5.（a）Co9S8@CF-700的原位磁力测定和相应的GCD曲线。（b）（a）中的阴影区域。（c）Co9S8、Li-Co9S8、Co和d-Co9S8的自旋电荷密度（等值面为0.02）和理论磁矩，（d）理论磁矩的直方图。（e）Co9S8@CF-700的储锂机制示意图。