文献导读：

具有高比容量的硅基材料正在推动电动汽车产业和电力存储市场。然而，电导率差和循环过程中的体积膨胀限制了它的进一步应用。合理的结构设计和特定的材料选择可用于创建稳健的体积缓冲结构和导电网络，从而有助于硅材料的电化学性能。

鉴于此，西北工业大学黄英教授等人将硅颗粒包裹在空心管碳纤维（HT）中。然后，将多孔碳层和SnS₂纳米片分层地组装在纤维表面，形成具有yolk@multi-shell结构的自支撑薄膜。相关研究成果以“Constructing yolk@multi-shell free-standing anodes with porous carbon tube and SnS₂ nanosheets for Si-based lithium-ion batteries”为题目，发表在期刊《Journal of Materials Science & Technology》( IF 11.2 )上。

本文亮点：

1、创新的结构设计：研究提出了一种蛋黄@多壳结构的阳极设计，该结构结合了多个缓冲层和预留腔体，有效解决了硅基材料在充放电过程中体积变化的问题，从而提高了电极的稳定性和循环寿命。

2、优异的电导性：通过引入多孔碳和SnS₂纳米片，构建了多维导电通道。这种设计不仅改善了电极材料的导电性，还增强了纤维之间的电子连接，显著提升了电化学性能。

3、卓越的电化学性能：在1 A g^-1下循环100次后获得1513.6 mAh g^-1的高比容量。此外，组装的全电池在0.2 A g^-1下循环100次后显示出331.4 mAh g^-1。

4、自由支撑特性：该电极的自由支撑设计使其可以直接用作电极材料，避免了传统电极中常见的导电剂和粘合剂的使用，从而减少了无效界面的引入，进一步提升了电化学性能。

5、稳定性分析：通过对循环电极的微观形态分析，研究表明SHT-3@PC@SnS₂电极在多次循环后保持了良好的结构完整性，显示出其优越的机械稳定性 。

图1 SHT-3@PC@SnS₂薄膜的合成示意图。

图2 (a) SHT-3和(b) SHT-3@PC样品的SEM图像；(c) SEM, (d, e) TEM，(f) SHT-3@PC@SnS₂样品的HRTEM，(g) HAADF和（h, i）EDS图谱；(j)XRD模式；(k) N2吸附-解吸等温线；(l)所得样品的孔径分布。

图3 (a) SHT-3@PC@SnS₂电极CV曲线和(b) GCD曲线；(c)倍率性能，(d) 0.1 A g^{- 1}时的循环性能，(e) 1.0 A g^-1时的循环性能；(f)所得电极电导率的对比。

图4 SHT-3@PC@SnS₂电极在1.0 mV s-1时的 (a) CV曲线，(b) b值，(c)电容比。 SHT-3@PC@SnS₂//LFP的(d)电容比，(e) EIS曲线，(f) log D_Li⁺.(g)循环性能和(h)循环原理图。(i)本研究与其他硅基电极的比较。

图5 (a) SHT-3@PC@SnS₂电极结构特性示意图。（b, c） SHT-3, (d, e) SHT-3@PC, （f, g）SHT-3@PC@SnS₂电极循环后的SEM分析。SHT-3@PC和SHT-3@PC@SnS₂电极循环后位于(h) c1s, (i) o1s和(j) f1s区域的XPS分析。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.09.018