高性能锂离子电池用N掺杂C-Sn交联纳米纤维自支撑电极的理性设计（英文）

摘要

为了提高碳材料作为锂离子电池负极材料的比容量，将氮掺杂的碳纤维与高容量的Sn进行复合。通过静电纺丝及低温碳化制备了均匀镶嵌Sn纳米颗粒的氮掺杂碳纳米纤维（C-Sn）复合膜。该复合膜直接用作自支撑锂离子电池负极时表现出较好的电化学性能，Sn的引入显著提高了碳纳米纤维膜的电化学性能。碳均匀包覆Sn后形成的纤维结构可以促进离子电子的传导，并能有效缓冲Sn纳米粒子在循环过程中的体积变化，从而有效抑制粉化与团聚。Sn含量约为25.6%的CSn-2电极具有最高的比容量和更优异的倍率性能。电化学测试结果表明，在2A·g^-1的电流密度下，充放电循环1000圈后充电（放电）比容量为412.7（413.5）mAh·g^-1。密度泛函理论（DFT）计算结果表明，N掺杂非晶碳与锂具有良好的亲和性，有利于将合金化反应之后形成的Sn_xLi_y合金锚定在碳表面，进而缓解了充放电过程中的Sn的体积变化。本文为高性能储锂材料的设计提供了一种切实可行的策略。

关键词

自支撑电极 / 碳纤维 / 金属锡 / 锂离子电池 / 循环稳定性