電極材料在嵌/脫鋰過程中會伴隨著體積的膨脹/收縮，而這種體積效應(yīng)往往會導(dǎo)致材料破碎失效。因此，電極材料在充放電循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對電池的容量、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)院牛春明千人團隊王紅康老師課題組設(shè)計并成功制備了一種SiO2增強的多孔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)，再通過熱處理一步形成了多孔碳纖維包覆SiO2和Sb納米顆粒的獨特結(jié)構(gòu)。SiO2的引入大大增強了纖維的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。作為鋰離子電池負極材料，所得SiO2/Sb/C多孔纖維電極在半電池和全電池測試中均顯示了優(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/脫鋰過程中體積變化。通過原位和非原位電鏡表征，進一步揭示了該材料在嵌/脫鋰過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該工作提出的電極材料結(jié)構(gòu)增強思路，即利用SiO2增強效應(yīng)(Silica-ReinforcementEffect)同步實現(xiàn)了電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和儲鋰性能的雙提升，且該方法具有通用性(MaterialsTodayEnergy2016,1–2,24-32;Nanoscale2016,8,7595-7603)。

該研究成果以題為“EncapsulatingSilica/AntimonyintoPorousElectrospunCarbonNanofiberswithRobustStructureStabilityforHigh-EfficiencyLithiumStorage”在線發(fā)表于納米領(lǐng)域國際權(quán)威期刊ACSNano(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、廈門大學(xué)張橋保教授和香港城市大學(xué)AndreyRogach教授等。

研究工作得到了國家自然科學(xué)基金，西安交通大學(xué)“青年拔尖人才支持計劃”、唐仲英基金會、電氣學(xué)院青年教師支持計劃和電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室、西安交通大學(xué)分析測試共享中心的支持。