西安交大牛春明在锂离子电池电极材料结构设计方面取得新进展

gangling

电极材料在嵌/脱锂过程中会伴随着体积的膨胀/收缩，而这种体积效应往往会导致材料破碎失效。因此，电极材料在充放电循环过程中的结构稳定性，对电池的容量、倍率以及循环寿命等性能有着至关重要的影响。

基于二氧化硅（SiO2）作为填料可以提高复合材料机械性能这一现象，西安交通大学电气学院牛春明##团队王红康老师课题组设计并成功制备了一种SiO2增强的多孔Sb/C纤维复合材料。利用静电纺丝法将硅源（硅酸乙酯）、锑源（三氯化锑）和碳源（聚乙烯吡咯烷酮）制备成纤维结构，再通过热处理一步形成了多孔碳纤维包覆SiO2和Sb纳米颗粒的独特结构。SiO2的引入大大增强了纤维的整体结构稳定性。作为锂离子电池负极材料，所得SiO2/Sb/C多孔纤维电极在半电池和全电池测试中均显示了优异的电化学性能。碳纤维不但提高了电极材料的导电性，而且其多孔结构有效消纳了SiO2和Sb在嵌/脱锂过程中体积变化。通过原位和非原位电镜表征，进一步揭示了该材料在嵌/脱锂过程中的结构稳定性。该工作提出的电极材料结构增强思路，即利用SiO2增强效应（Silica-Reinforcement Effect）同步实现了电极结构稳定性和储锂性能的双提升，且该方法具有通用性（Materials Today Energy 2016, 1–2, 24-32；Nanoscale 2016, 8, 7595-7603）。

该研究成果以题为“Encapsulating Silica/Antimony into Porous Electrospun Carbon Nanofibers with Robust Structure Stability for High-Efficiency Lithium Storage”在线发表于纳米领域国际权威期刊 ACS Nano（影响因子13.942）上。西安交通大学电气学院为该论文第一完成单位，王红康为论文的第一作者和通讯作者。合作者包括西安交通大学米少波教授、厦门大学张桥保教授和香港城市大学Andrey Rogach教授等。

研究工作得到了国家自然科学基金，西安交通大学“青年拔尖人才支持计划”、唐仲英基金会、电气学院青年教师支持计划和电力设备电气绝缘国家重点实验室、西安交通大学分析测试共享中心的支持。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.7b09092