寻找具有优化结构的高比容量负极材料以实现锂离子电池（LIBs）的高能量密度、长循环寿命和高倍率性能是当前的一项紧迫任务。近年来，金属磷化物引起了人们的广泛关注，然而，巨大的体积变化、较差的导电性和纳米颗粒的聚集阻碍了其实际应用。在此，研究者通过静电纺丝和热处理合成了生长ZnP2纳米颗粒的N,P共掺杂碳纳米纤维（ZnP2@NPCNFs）复合材料，并将其直接用作LIBs的无粘合剂负极。具有良好柔性的3D自支撑ZnP2@NPCNFs不仅可以提高导电性，缓解循环过程中的体积波动，还可以缓冲纳米颗粒的团聚和粉化。ZnP2@NPCNFs电极的锂存储遵循转化反应机制。此外，由掺杂氮产生的额外锂嵌入活性位点、P-C键的存在以及NPCNFs的空间限制效应赋予了ZnP2@NPCNFs电极独特的电化学性能。当作为负极组装时，ZnP2@NPCNFs电极在0.2A/g下循环100次后达到了746mAh/g的高可逆容量，在2A/g下进行1000次循环后达到406.49mAh/g。电化学试验表明，大部分容量贡献来自电容过程。此外，LiFePO4//ZnP2@NPCNFs全电池具有类似的优异电化学性能。总体而言，本研究为合理构建具有高容量守恒的锂离子电池用金属磷化物负极提供了新思路。
图1.（a）ZnP2@NPCNFs和NCNFs以及（b）纯ZnP2的XRD谱。
图2.（a）静电纺丝后的ZnP2@NPCNFs前驱体和（b）ZnP2@NPCNFs的SEM图像。插图为低倍率图像。（c）ZnP2@NPCNFs的低倍率透射电镜图像。（d）ZnP2@NPCNFs的HRTEM图像，插图为相应的SAED图谱。（e-i）STEM图像以及N、C、P和Zn元素映射。
图3.ZnP2@NPCNFs的XPS光谱：（a）全扫描，（b）C1s，（c）N1s，（d）P2p。
图4.ZnP2@NPCNFs电极（a）放电至0.01V和（b）充电至3V时的非原位XRD图。ZnP2@NPCNFs电极在（c）0.01V放电状态和（d）3V充电状态下的非原位HRTEM图像和相应的SAED图。
图5.（a）ZnP2@NPCNFs电极在前4个循环期间的循环伏安曲线。（b）ZnP2@NPCNFs电极在0.2A/g下的恒电流充放电曲线。（c-d）ZnP2@NPCNFs、ZnP2/NCNFs和ZnP2电极的倍率性能。（e）ZnP2@NPCNFs、ZnP2/NCNFs和NCNFs电极在2A/g下的长期循环性能。
图6.ZnP2@NPCNFs、ZnP2/NCNFs和ZnP2电极在2A/g下（a）进行50次循环之前和（b）之后的的奈奎斯特图。（c）EIS测试的等效电路。（d）ZnP2@NPCNFs负极的充放电GITT曲线。（e-f）相应的Li+扩散系数。（g）ZnP2@NPCNFs电极充放电转化反应过程的示意图。
图7.（a）ZnP2@NPCNFs电极在不同扫描速率下的CV曲线。（b）ZnP2@NPCNFs电极每个峰处的log（i）与log（v）关系图。（c）ZnP2@NPCNFs电极的电容贡献（绿色区域）。（d）ZnP2@NPCNFs在不同扫描速率下的电容贡献率比较。
图8.（a）LiFePO4//ZnP2@NPCNFs全电池的制备示意图。（b）LiFePO4//ZnP2@NPCNFs全电池在0.2A/g下进行不同循环的恒电流充电/放电曲线。（c）LiFePO4//ZnP2@NPCNFs全电池在0.4A/g下的长期循环性能。（d）LiFePO4//ZnP2@NPCNFs全电池不同时间点亮三个红色发光二极管的数码照片。
