1. 总结了电纺硅基纳米纤维的结构设计思路和合成策略；
2. 讨论了材料在锂离子电池负极中的构效关系，以及异质材料复合的效果；
3. 展望了电纺硅基负极进一步研究的挑战以及未来柔性电子领域的应用潜力。
锂离子电池（LIB）作为间歇性能源（如风能和太阳能）的储能解决方案以及计算机、通信设备、消费电子产品和电动汽车等移动设备的主要电源被广泛研究。在移动设备中，电池的能量密度具有重要意义，因为它直接反映了设备单次充电的最大使用时长。随着人们生活水平的快速提高，对低成本、高能量密度电池系统的需求不断上升。硅（Si）由于其高比容量、低锂化电位和天然丰度，是下一代锂离子电池最有前途的负极材料之一。然而，锂储存过程中体积的巨大变化，以及该元素的低导电性阻碍其商业化应用。设计微纳结构以及异质材料的复合材料被证明是解决这些问题的有效策略。静电纺丝技术是一种经济且可扩展的方法，可轻松构建独特的分层微纳结构，同时实现异质材料的复合。迄今为止，已经投入了许多努力来解决硅基负极存在的问题。本文综述了电纺硅基纳米纤维的技术基础和设计策略，包括制备工艺、结构工程和储锂性能。详细讨论了各种材料的结构-性能关系以及异质材料复合的效果。最后，展望了电纺硅负极剩余的挑战以及未来柔性电子领域的应用潜力。该综述为研究人员设计和制造用于锂离子电池的电纺硅基纳米纤维提供了灵感。南京航空航天大学彭生杰教授团队、新加坡国立大学Seeram Ramakrishna教授和澳大利亚伍伦贡大学侴术雷教授综述了静电纺丝法构筑高性能硅基负极材料的研究成果。首先简要介绍了电纺硅基材料的制备过程，然后回顾了具有各种微纳结构（包括实心、核壳、多孔和空心结构）的电纺硅基纤维的设计思路和制备策略（图1）。这些结构的构筑在一定程度上缓解了硅基负极充放电过程中，应力引起的粉化、体积的巨大变化和不稳定的固体电解质界面(SEI)膜生成。接着，从材料宏观结构的角度总结了电纺硅基纤维作为自支撑柔性电极的历史和发展前景，以及电纺硅、硅衍生物和复合异质材料的锂存储性能。最后，对电纺硅基材料的未来发展提出了我们的想法和愿景。
图1. 解决当前锂离子电池硅基负极材料的有效结构设计策略
静电纺丝和硅基材料的结合旨在通过构建分层结构并提供良好的载流子传输网络来解决锂离子存储过程中硅的体积变化问题，从而产生具有优异电化学稳定性的电极。电纺硅基纤维在锂离子电池阳极中具有多种优势（图2）。（1）静电纺丝纳米纤维长距离、连续的电子传输路径和大的比表面积为电化学过程中的电荷转移提供了快速通路。（2）电纺纤维膜的微纳结构，包括实心、核壳、多孔和空心结构，限域硅基材料，从而减少硅和电解质之间的直接接触，避免形成易碎的SEI膜。（3）纤维中的孔隙可以缓解锂离子嵌入/脱出的体积波动，从而获得好的机械性能和长循环寿命。此外，复合材料具有独特的物理和化学性质，可以不同程度地提高电纺纤维的导电性、导热性和机械强度。更重要的是，这种方法可以防止活性材料在电化学过程中积累并稳定电极界面，减少循环过程中副反应的发生。除了提高电极的储锂性能外，该策略还可制备无粘合剂、柔性和自支撑的电极，为下一代高性能锂离子电池和可穿戴电子设备的开发提供思路。Tailoring the structure of silicon-based materials for lithium-ion batteries via electrospinning technologyA.M. Huang, Y.C. Ma, J. Peng, L.L. Li, S.-L. Chou, S. Ramakrishna, S.J. Peng*DOI: 10.1016/j.esci.2021.11.006入选国家人才计划青年专家，江苏省特聘教授，江苏省“双创人才计划”。2010年于南开大学获得博士学位(师从陈军院士)，随后分别加入南洋理工大学Prof．YanQingyu和新加坡国立大学Prof．Seeram Ramakrishna(英国工程院院士)课题组进行博士后研究。一直从事微纳米结构及新型功能材料的设计、合成及其电化学储能与催化研究。目前主持江苏省杰出青年基金项目、国家自然科学基金面上项目等15余项项目。发表论文150篇，H-index52。撰写英文专著一章，出版学术专著一部。申请中国发明专利25项，获授权2项。（欢迎致力于电化学、储能材料、化学等各交叉专业学生及博士后加盟该团队）课题组网站：
https://www.x-mol.com/groups/peng_shengjie
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