近年来,随着能源消耗与环境污染问题越来越严重,新型可再生能源的开发与利用成为社会研究热点。而可再生新能源的持续利用导致的能量储存问题又使得储能材料成为研究热点。与此同时,染整传统行业功能整理领域研究方向急需拓展,由此,将纤维赋予储能功能是传统染整功能整理领域求变创新的良好契机,“纤维储能”这一概念也就随之出现。基于“纤维储能”三要素:纤维、储能材料、导电性能,静电纺硅/碳复合纳米纤维成为储能纤维研究的一个突破口。但其作为锂离子电池负极时,电化学储能性能仍不理想。原因在于:半导体纳米Si颗粒分散性较差,硅/碳复合纳米纤维中,明显存在部分Si颗粒及其团聚体外露现象;这些裸露在纤维表面的Si颗粒及其团聚体更易从纤维表面剥离脱落,从而造成电接触损失、活性材料失活和容量快速下降。本课题即从此问题出发,提出了对纤维表面裸露的Si纳米颗粒及其聚集体进行保护的思路。并以制备所得二次包覆硅/碳复合纳米纤维为研究对象,借助“锂离子电池储能器件”研究其储能电化学性能。从包覆材料考虑,首先以蔗糖作为碳源,采用浸渍法和二次碳化法在硅/碳复合纳米纤维膜表面包覆一层碳层,并检测其电化学性能,实验结果表明蔗糖热解碳的引入明显提高了复合纳米纤维负极的循环稳定性(600 mA/g时,50次循环后,放电容量保持为1215.2 mAh/g;)。在此基础上,为优化包覆材料,利用静电自组装和水热还原法在纤维膜表面引入一层石墨烯作为保护层,显著提高了复合纳米纤维负极储能电化学性能:100 mA/g时,130次循环后,放电容量保持为1055.1 mAh/g;以上方法,虽然在纤维表面引入碳层能够防止Si颗粒从电极主体脱落,提高电极的机械稳定性,但仍会发生部分Si颗粒失活,容量下降现象,由此,为能够对电极内部单个Si颗粒开展保护,本课题第三条思路是在碳纤维中嵌入具有蛋黄-蛋壳结构的Si@void@C颗粒,循环过程中处于蛋黄-蛋壳结构内部的Si颗粒体积变化不影响外层结构,即使颗粒破碎也不会从纤维上脱落,实验结果表明该结构设计赋予复合纤维负极良好的储能电化学性能:200 mA/g时,100次循环后,放电容量保持为1076.5 mAh/g。以上不同设计的储能纤维,其循环性能的提高归因于电极中引入的第二种碳材料对Si颗粒的保护作用,此方法的推广,将有助于其他具有较大体积膨胀特点的负极材料储能性能的提高,也将对纤维储能功能的研究及探索提供一些思路。