纳米纤维复合材料的离子传输动力学调控及其电化学应用
贾绪平1,李晓晓1,缪月娥1,刘天西1,2(1东华大学材料科学与工程学院 纤维材料改性国家重点实验室)(2江南大学化学与材料工程学院 合成与生物胶体教育部重点实验室)
摘要:纳米纤维复合材料因具有高孔隙率、高比表面积以及多样化的组成和结构可设计性被广泛应用于锂硫电池、锂空电池等新型锂金属电池储能体系中. 电池的电化学性能主要依赖于充放电反应中的离子传输过程,而纳米纤维的结构形态以及表/界面性质对于离子传输动力学具有重要影响. 因此,本文针对新型储能电池应用中离子传输动力学缓慢、中间产物如多硫阴离子等易穿梭,以及负极枝晶生长等关键科学与技术问题,综述了纳米纤维复合材料的创新性设计和制备方法;进一步结合本课题组近期工作重点,阐述了纳米纤维复合材料的组成与结构调控对锂电池中离子传输动力学的优化作用;最后,总结了纳米纤维复合材料在锂电池正负极、隔膜、电解质等领域的应用进展,并讨论了其在新型储能设备领域的挑战和未来发展前景.
关键词:纳米纤维,纳米复合材料,静电纺丝,离子传输动力学,电化学性能
目录介绍
1 纳米纤维复合材料概述/分类
1.1 聚合物纳米纤维基复合材料
1.1.1 聚合物-聚合物纳米纤维复合材料
1.1.2 聚合物纳米纤维-金属及其化合物复合材料
1.1.3 聚合物纳米纤维-碳纳米复合材料
1.2 碳纳米纤维基复合材料
1.2.1 碳纳米纤维-聚合物复合材料
1.2.2 碳纳米纤维-金属及其化合物复合材料
1.2.3 碳纳米纤维-碳纳米复合材料
1.3 陶瓷纳米纤维基复合材料
2 纳米纤维复合材料的制备方法
2.1 一步法制备纳米纤维复合材料
2.1.1 混合静电纺丝法
2.1.2 同轴静电纺丝法
2.1.3 并列静电纺丝法
2.2 多步法制备纳米纤维复合材料
2.2.1 自组装法
2.2.2 表面沉积法
2.2.3 原位生长与聚合法
3 纳米纤维复合材料的离子传输动力学调控
3.1 孔结构设计
3.1.1 纤维间孔结构设计
3.1.2 单根纤维内部孔结构设计
3.2 表/界面工程
3.2.1 阳离子吸附
3.2.2 阴离子固定
4 纳米纤维复合材料在新型电池中的应用
4.1 纳米纤维复合正极材料
4.2 纳米纤维复合负极材料
4.3 纳米纤维复合隔膜材料
4.4 纳米纤维复合电解质材料
5 总结与展望
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