電極材料在嵌/脫鋰過(guò)程中會(huì)伴隨著體積的膨脹/收縮，而這種體積效應(yīng)往往會(huì)導(dǎo)致材料破碎失效。因此，電極材料在充放電循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對(duì)電池的容量、倍率以及循環(huán)壽命等性能有著至關(guān)重要的影響。

基于二氧化硅(SiO2)作為填料可以提高復(fù)合材料機(jī)械性能這一現(xiàn)象，西安交通大學(xué)電氣學(xué)院牛春明千人團(tuán)隊(duì)王紅康老師課題組設(shè)計(jì)并成功制備了一種SiO2增強(qiáng)的多孔Sb/C纖維復(fù)合材料。利用靜電紡絲法將硅源(硅酸乙酯)、銻源(三氯化銻)和碳源(聚乙烯吡咯烷酮)制備成纖維結(jié)構(gòu)，再通過(guò)熱處理一步形成了多孔碳纖維包覆SiO2和Sb納米顆粒的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。SiO2的引入大大增強(qiáng)了纖維的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。作為鋰離子電池負(fù)極材料，所得SiO2/Sb/C多孔纖維電極在半電池和全電池測(cè)試中均顯示了優(yōu)異的電化學(xué)性能。碳纖維不但提高了電極材料的導(dǎo)電性，而且其多孔結(jié)構(gòu)有效消納了SiO2和Sb在嵌/脫鋰過(guò)程中體積變化。通過(guò)原位和非原位電鏡表征，進(jìn)一步揭示了該材料在嵌/脫鋰過(guò)程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該工作提出的電極材料結(jié)構(gòu)增強(qiáng)思路，即利用SiO2增強(qiáng)效應(yīng)(Silica-Reinforcement Effect)同步實(shí)現(xiàn)了電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和儲(chǔ)鋰性能的雙提升，且該方法具有通用性(Materials Today Energy 2016, 1–2, 24-32;Nanoscale 2016, 8, 7595-7603)。

該研究成果以題為“Encapsulating Silica/Antimony into Porous Electrospun Carbon Nanofibers with Robust Structure Stability for High-Efficiency Lithium Storage”在線發(fā)表于納米領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊 ACS Nano(影響因子13.942)上。西安交通大學(xué)電氣學(xué)院為該論文第一完成單位，王紅康為論文的第一作者和通訊作者。合作者包括西安交通大學(xué)電信學(xué)院米少波教授、廈門(mén)大學(xué)張橋保教授和香港城市大學(xué)Andrey Rogach教授等。

研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，西安交通大學(xué)“青年拔尖人才支持計(jì)劃”、唐仲英基金會(huì)、電氣學(xué)院青年教師支持計(jì)劃和電力設(shè)備電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、西安交通大學(xué)分析測(cè)試共享中心的支持。