静电纺丝设备NF-500在正负极材料上的运用

静电纺丝设备NF-500在正负极材料上的运用

近年来，利用静电纺丝技术制得的具有多种结构的纳米纤维已被广泛应用于锂离子电池领域。静电纺丝技术可以用于正极材料、负极材料及隔膜三大锂电关键材料的构筑。

正极是锂离子电池中主要锂离子（Li+）供体，也是影响锂离子传输速率的关键因素，开发安全、经济、高性能和高容量的正极材料可以有效促进锂离子电池的应用。目前，商业正极材料（如LiFePO4）的放电比容量普遍低于200mAh/g，是制约锂离子电池日益增长的高能量密度和低成本需求的瓶颈之一。在各种提高正极材料电化学性能的方法中，纳米涂层和通过静电纺丝技术控制纳米结构形貌已被证明是有效的方法。研究人员采用高压静电纺丝技术和热处理法成功地合成了花状Li1.2Ni0.17Co0.17Mn0.5O2正极材料，这种有序的多孔花状形貌结构可促进锂离子的快速扩散，组装的电池循环放电容量可高达235mAh/g。静电纺丝技术这种简单可行的合成方法为设计锂离子电池正极理想的结构提供一条有效的途径。

也有研究者通过“静电纺丝技术和后续退火处理”策略合成了形貌可控的五氧化二凡（V2O5）纳米结构（如多孔V2O5纳米管、层状V2O5纳米纤维和单晶V2O5纳米带），作为锂离子电池高性能正极材料，其表现出高度的可逆容量和优异的循环性能，其中多孔V2O5纳米管的功率密度为40.2kW/kg，而能量密度为201Wh/kg。另外，通过掺杂过渡金属元素也可改善电极活性材料的性能，从而提升锂离子电池的电化学性能。另外，研究人员采用静电纺丝和热处理相结合的方法制备了Li2Mn0.8Fe0.2SiO4/碳复合纳米纤维，研究发现，铁元素掺杂提高了电极材料的导电性和纯度，碳纳米纤维基体促进了离子转移和电荷扩散，该材料作为锂离子电池正极时表现出良好的可逆容量和优异的循环性能。

近年来，由于简单的碳基负极材料的能量利用率较低，使得电池负极结构设计变得更加复杂和精细，借助静电纺丝/静电喷雾涂成丝成膜技术可以突破相关瓶颈。例如，研究人员针对锂离子电池二氧化钛/碳基（TiO2/C）负极容量利用率低和循环性能差的问题，通过静电纺丝、水热处理和碳化工艺制备了枝状TiO2@介孔碳纳米纤维（TiO2@MCNFs）（如图3所示），作为主干支撑体的枝状TiO2@MCNFs复合材料具有大量暴露的纳米TiO2晶格，可提供锂离子传输本征晶体通道，其交织的碳纳米纤维骨架具有较高的结构完整性和机械柔韧性，枝状TiO2@MCNFs作为负极材料具有优异的放电容量（1932mAh/g）和优异的循环性能（100次循环后的可逆容量为617mAh/g）。枝状碳基复合材料的结构和优异的电化学性能为开发实用型静电纺丝氮、硫、磷和硼等杂原子掺杂的碳纳米纤维负极材料提供了新的思路，如通过静电纺丝制备硅纳米颗粒修饰的氮掺杂碳纳米纤维（W-Si@N-CNFs）和具有开放通道的氮掺杂碳纳米纤维（N-CNFO）。

NF-500高性能实验机