靜電紡絲設備NF-500在正負極材料上的運用

近年來，利用靜電紡絲技術(shù)制得的具有多種結(jié)構(gòu)的納米纖維已被廣泛應用于鋰離子電池領域。靜電紡絲技術(shù)可以用于正極材料、負極材料及隔膜三大鋰電關(guān)鍵材料的構(gòu)筑。

正極是鋰離子電池中主要鋰離子（Li+）供體，也是影響鋰離子傳輸速率的關(guān)鍵因素，開發(fā)安全、經(jīng)濟、高性能和高容量的正極材料可以有效促進鋰離子電池的應用。目前，商業(yè)正極材料（如LiFePO4）的放電比容量普遍低于200mAh/g，是制約鋰離子電池日益增長的高能量密度和低成本需求的瓶頸之一。在各種提高正極材料電化學性能的方法中，納米涂層和通過靜電紡絲技術(shù)控制納米結(jié)構(gòu)形貌已被證明是有效的方法。研究人員采用高壓靜電紡絲技術(shù)和熱處理法成功地合成了花狀Li1.2Ni0.17Co0.17Mn0.5O2正極材料，這種有序的多孔花狀形貌結(jié)構(gòu)可促進鋰離子的快速擴散，組裝的電池循環(huán)放電容量可高達235mAh/g。靜電紡絲技術(shù)這種簡單可行的合成方法為設計鋰離子電池正極理想的結(jié)構(gòu)提供一條有效的途徑。

也有研究者通過“靜電紡絲技術(shù)和后續(xù)退火處理"策略合成了形貌可控的五氧化二凡（V2O5）納米結(jié)構(gòu)（如多孔V2O5納米管、層狀V2O5納米纖維和單晶V2O5納米帶），作為鋰離子電池高性能正極材料，其表現(xiàn)出高度的可逆容量和優(yōu)異的循環(huán)性能，其中多孔V2O5納米管的功率密度為40.2kW/kg，而能量密度為201Wh/kg。另外，通過摻雜過渡金屬元素也可改善電極活性材料的性能，從而提升鋰離子電池的電化學性能。另外，研究人員采用靜電紡絲和熱處理相結(jié)合的方法制備了Li2Mn0.8Fe0.2SiO4/碳復合納米纖維，研究發(fā)現(xiàn)，鐵元素摻雜提高了電極材料的導電性和純度，碳納米纖維基體促進了離子轉(zhuǎn)移和電荷擴散，該材料作為鋰離子電池正極時表現(xiàn)出良好的可逆容量和優(yōu)異的循環(huán)性能。

近年來，由于簡單的碳基負極材料的能量利用率較低，使得電池負極結(jié)構(gòu)設計變得更加復雜和精細，借助靜電紡絲/靜電噴霧涂成絲成膜技術(shù)可以突破相關(guān)瓶頸。例如，研究人員針對鋰離子電池二氧化鈦/碳基（TiO2/C）負極容量利用率低和循環(huán)性能差的問題，通過靜電紡絲、水熱處理和碳化工藝制備了枝狀TiO2@介孔碳納米纖維（TiO2@MCNFs）（如圖3所示），作為主干支撐體的枝狀TiO2@MCNFs復合材料具有大量暴露的納米TiO2晶格，可提供鋰離子傳輸本征晶體通道，其交織的碳納米纖維骨架具有較高的結(jié)構(gòu)完整性和機械柔韌性，枝狀TiO2@MCNFs作為負極材料具有優(yōu)異的放電容量（1932mAh/g）和優(yōu)異的循環(huán)性能（100次循環(huán)后的可逆容量為617mAh/g）。枝狀碳基復合材料的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電化學性能為開發(fā)實用型靜電紡絲氮、硫、磷和硼等雜原子摻雜的碳納米纖維負極材料提供了新的思路，如通過靜電紡絲制備硅納米顆粒修飾的氮摻雜碳納米纖維（W-Si@N-CNFs）和具有開放通道的氮摻雜碳納米纖維（N-CNFO）。

NF-500高性能實驗機