高效快充電池需要存儲容量高、結構完整穩定和電荷/離子轉移快的高性能電極材料。高容材料（如Si、Ge和Sn等）因在循環過程中大的體積變化和不穩定SEI膜演變導致容量衰減。通過設計各種形貌和尺寸的納米結構，在一定程度上可以緩解由體積膨脹引起的容量衰減；然而，暴露在電解液中的大的表面積會導致SEI膜穩定性降低，不利于材料的倍率性能以及長循環穩定性。將材料設計成中空、夾層、核殼和籠形結構的納米顆粒，堅固的表面可以形成穩定的SEI膜，可顯著提高電極表面的SEI穩定性，但會增大Li+和電子傳輸的內阻，不利于高倍率性能。
眾所周知，電化學反應基本都受到電位差或者電位梯度控制，可以通過控制電位梯度來形成穩定的SEI膜，取代之前只關注物理界面本身的思路。鑒于此，韓國漢陽大學Won II Park教授課題組通過控制電化學界面上的電位抑制活性材料表面SEI膜的形成，具體實施方案為：在活性材料表面引入電壓鞘層（potential sheath，PS）薄壁，納米線錨定在鞘層內側，在空間上和電學上與電解液隔離；電壓鞘應足夠薄且滿足Li+滲透，同時具有導電性能實現電極導電和電屏蔽的功能。最終實現封閉空間內部電極和電解質的電勢保持相等，抑制活性材料表面SEI膜的生成。
3D多層石墨烯微管具有優異電導率和電屏蔽特性，且其結構柔韌、原子級薄，Li+/原子正好可通過原子薄層中的缺陷在多層石墨烯微管中進行遷移。將鎳硅納米線（NiSiNWs）有選擇性地錨定在石墨烯微管內壁（GrμTs），制備NiSiNWs@GrμT材料。利用多層石墨烯實現GrμT內部的電解質與外部電隔離，消除嵌鋰過程中NiSiNW負極表面SEI形成所需的電位差累積。使得NiSiNWs @GrμT負極表現出優異的性能：在20C 電流密度下經過2000次循環后，仍具有超過700mAh/g的高比容量（容量保持率為84％）；且倍率性能優異，80C時容量保持率88％（相對于1C時容量）。
圖1.基于納米線（NW）負極的示意圖和電勢曲線。a) 普通NW負極負載在集流體上半電池示意圖；b) 電壓鞘層包覆的NW負極半電池示意圖；c) 首次充電循環中，a實例中電解液和NW負極上的電勢分布示意圖和相應的有限元分析（FEA）模擬結果。當電位分別低于VSEI和 VLith時SEI膜形成和鋰化開始。d) 首次充電循環中，b實例中外部電解質，電極（PS，NW負極）和內部電解質的電勢分布示意圖和相應的有限元分析（FEA）模擬結果。在由PS包圍的空間內，電極和電解質上的電勢變得幾乎相等，從而抑制了NW表面上的SEI形成。
圖2. NiSiNWs@GrμT制備與結構分析。a) NiSiNWs@GrμT示意圖；b) 電位分布模擬；c) NWs@GrμT制備和鋰化-脫鋰循環過程示意圖， SEI形成和鋰離子脫嵌僅發生在GrμT的外表面周圍；d) SEM圖（尺寸：左50μm;右2μm）；e) TEM圖及Si、Ni的EDS mapping（尺寸：左400nm;中、右250nm）。f) Ni刻蝕前后拉曼圖譜。
圖3. NiSiNWs@GrμT電化學性能。a) 0.1mV/s時CV曲線；b) 相應循環下的充放電曲線；c) 1-20C電流密度下階梯放電容量；d) 10C(黑)、20C（紅）電流密度下循環2000次放電容量和庫侖效率；e) 1-80C電流密度下的倍率性能。
圖4. NiSiNWs@GrμT循環后的形貌和SEI膜。a) NiSiNWs@GrμT循環后脫鋰時SEM圖（尺寸：左100μm;右2μm）；b) 納米線在石墨烯微管內嵌鋰（左）、脫鋰（右）SEM圖（尺寸：1μm）；c) NiSiNWs循環后脫鋰時TEM圖和HR-TEM圖（尺寸：左100μm;右2μm）；d) GrμT循環后脫鋰時EDS元素分析圖。

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