南方科大曾林/万佳雨今日Adv. Sci.：N/O掺杂石墨烯涂覆CNFs，助力硅负极储锂！

论文信息

第一作者：Yongbiao Mu、Meisheng Han、Buke Wu

通讯作者：曾林、万佳雨

通讯单位：南方科技大学

DOI:10.1002/advs.202104685

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为了满足电子、电动汽车和智能电网能源存储不断增长的需求，具有先进电极的可充电电池被广泛开发用于能源密集型的存储系统中。具有高能量密度和长寿命的自支撑与可折叠电极，近年来引起科研人员对面向柔性电子器件的锂离子电池(LIBs)的关注。然而，低能量密度和缓慢的循环动力学等缺点严重阻碍着其实际应用。

图1. 柔性VGAs@Si@CNFs电极的制备流程示意图及热重分析。

文章要点1：在本文中，作者通过结合静电纺丝、后续热处理和化学气相沉积等工艺，成功开发出一种具有超高硅含量的自支撑且无粘结剂型N、O-共掺杂三维垂直石墨烯碳纳米纤维电极(VGAs@Si@CNFs)。

文章要点2：所制备出的VGAs@Si@CNFs电极具有高度石墨化的碳纳米纤维网络和丰富的垂直石墨烯阵列，因此可表现出优异的导电性和柔韧性。这种3D全碳结构非常适合提供导电和力学稳定的网络，从而可以进一步改善动力学并抑制Si NPs的体积膨胀，特别是在超高Si含量(>90 wt%)的情况下。

文章要点3：测试表明，VGAs@Si@CNFs复合材料作为自支撑负极用于锂离子电池时，表现出优异的电化学性能，包括高比容量(在0.05 A g⁻¹电流密度下为3619.5 mAh g⁻¹)和杰出的倍率性能(在8 A g⁻¹电流密度下循环1500次后的容量为1093.1 mAh g⁻¹)。

图2. 在静电纺丝过程中通过调整Si NPs的浓度实现VGAs@Si@CNFs的可控合成。

图3. Si@CNFs和VGAs@Si@CNFs的形貌与组分表征。

图4. 各种电极的结构与组分分析。

图5. 各种VGAs@Si@CNFs作为LIBs负极时的电化学性能。

图6. VGAs@Si@CNFs-1的锂离子存储行为研究。

图7. 软包电池的应用研究。

参考文献

Yongbiao Mu, Meisheng Han, Buke Wu, Yameng Wang, Zhenwei Li, Jiaxing Li, Zheng Li, Shuai Wang, Jiayu Wan, Lin Zeng. Nitrogen, Oxygen-Codoped Vertical Graphene Arrays Coated 3D Flexible Carbon Nanofibers with High Silicon Content as an Ultrastable Anode for Superior Lithium Storage. Adv. Sci. 2022. DOI: 10.1002/advs.202104685.