肖围教授课题组在Rare Metals上报道柔性锂离子电池锡基纳米纤维负极材料研究新进展

内容简述：

2026年5月26日，Rare Metals发表了学院肖围教授课题组的最新研究成果，报道了柔性锂离子电池锡基纳米纤维负极材料研究新进展。该研究提出了一种氧化物掺杂的锡基碳纳米纤维结构调控策略，成功制备出兼具高储锂容量、优异循环稳定性和良好柔韧性的自支撑负极材料，为高性能柔性锂离子电池的开发提供了新思路。论文题目为“Structural Modification and Deformable Design of Electrospun Sn@C Nanofiber Anodes Through Oxide Doping for Flexible Lithium‐Ion Batteries”。博士研究生辛玉为论文第一作者，王脂胭特任副教授和肖围教授为论文共同通讯作者，长江大学为论文第一通讯单位。

随着柔性电子器件和可穿戴设备的快速发展，开发兼具高能量密度、长循环寿命和机械柔性的锂离子电池成为储能领域的重要研究方向。金属锡具有高达994 mAh g^-1的理论比容量，但其在充放电过程中存在约260%的体积变化，容易导致活性颗粒团聚、电极粉化及结构坍塌，进而引发严重的容量衰减。尽管将其与碳纳米纤维复合能够在一定程度上缓解上述问题，但如何抑制锡颗粒在制备及循环过程中的迁移与团聚，同时兼顾电极的柔性和结构稳定性，仍面临挑战。

针对上述问题，研究团队提出了一种氧化物掺杂的限域调控策略，通过静电纺丝结合热处理工艺，将SiO₂、TiO₂和ZnO等氧化物引入锡/碳纳米纤维体系，构筑了锡纳米颗粒均匀嵌入碳纤维骨架的复合结构。研究发现，氧化物前驱体中的官能团能够与聚丙烯腈分子链发生物理缠结，限制了锡颗粒的成核与生长；同时，氧化物作为缓冲介质，有效抑制锡颗粒向纤维表面的迁移与团聚。其中，TiO₂掺杂的Sn/TiO₂@C（STC）纳米纤维表现出最优的综合性能，尺寸小于10 nm的纳米颗粒均匀嵌入碳纤维骨架，缓解体积膨胀的同时还能维持连续的电子传输网络，显著改善了电极的机械柔性与结构完整性。

该研究工作得到了国家自然科学基金（No.52274292）、湖北省杰出青年科学基金（No.2020CFA090）、湖北省自然科学基金（No.2025AFB376）、中国博士后科学基金（No.2025M770148）及湖北省青年拔尖人才培养计划的支持。

图文摘要：

氧化物抑制锡颗粒迁移并促进其在碳纳米纤维中限域嵌入的机理示意图

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/rar2.70322