性能储能产品具有超薄,轻便,灵活,甚至可折叠或者耐磨的特性[23-24]。一个理想的 高度灵活的和无粘合剂电极应同时满足许多关键功能要求,其包含高导电性,结构的 耐久性和离子传输有效性等特征,因而设计和制造出高性能柔性电极的锂电池仍然是 一个巨大的挑战[25-27]。例如,Chen 等人已经开发出基于纳米管的无添加剂组成的凝 胶状的 TiO2 电极材料,该材料是通过一个浅显的水搅拌可控的长宽比方法得到的, 它展示了超高速率,长寿命超过 6000 充电/放电循环归因于高电子/离子导电率和短的 锂扩散长度的一面[28,29]。静电纺丝是一种很有前途,可直接运用产生独立的纳米纤维 膜的技术,其具有独特的三维(3D)的纤维网,良好的结构稳定性和高度灵活性, 这样不仅可以通过使用粘合剂和导电添加剂有效地避免电极制备的繁琐过程,而且为 减少内阻和方便访问电解质提供一个缩短的途径[30-33]。特别说明,因其高表面积,可 控电子导电性以及制作简单等特性,静电纺丝的碳纳米纤维已经在锂电池制作过程中 起主导作用[34-36]。例如,富氮多孔碳纳米纤维网(NPCNFs)已经可以通过使用低成 本三聚氰胺和静电纺丝将聚丙烯腈作为的前体,随后碳化和 NH3 处理成功获得[37]。 对于高性能的锂电池而言,该 NPCNFs 具有发展良好微孔结构,相互连接的纳米纤维 形态具有大的比表面积,并且相对高性能的氮掺杂。此外,与其他三维框架(如石墨 烯薄膜,网和气凝胶)为模板纳米复合材料相比,基于静电纺丝碳纳米纤维材料而形 成的膜在厚度可控性,高灵活性和良好的稳定性方面更具优势,从而在便携式电子的 实际应用有效地避免了烦琐的流程并显着简化了不含粘合剂的阳极材料的批量生产
[38。39]。
在这项工作中,多孔碳的自立型纳米纤维(PCNF)@ MoO2 纤维已经轻便通过 静电纺丝和溶剂热的组合反应来获得。薄的 MoO2 纳米片是均匀分布的所述 PCNF 芯 与多孔通道的表面上以形成三维网络,从而有利于 Li +离子快速电荷转移反应以及便 于锂化/脱锂。因此,电化学性能的提高是因在初始放电时高的比容量 954mAhg-1 和 即使在将 1g-1 高的电流密度下高倍率性能仍达 475 mAhg-1 这两种表现相辅相成的。 另外,高导电 PCNF 芯能有效防止 MoO2 纳米片充电/放电过程的重新叠放和体积变 化,促使其在 50 个循环期间后几乎 100%可逆保留了良好的循环稳定性,MoO2 成为 一种有潜在应用价值的锂离子电池负极材料。
1。2 碳纳米纤维简介
碳纳米纤维是指具有纳米尺度的碳纤维,直径一般是在 10~500nm 左右[40]。碳纳 米纤维的内部和表面结构都存在着一些缺陷。存在造成这两个这些缺陷的主要原因 是:一、在煅烧碳化过程之前制造出来的原丝,它的内部和表面结构就已经有缺陷, 如裂纹和气孔,而且这些缺陷在煅烧碳化过程中也没有消失;二、在热处理过程中, 非碳元素在高温下以气体的形式逸出,从而造成碳纤维表面出现裂纹,或者孔[40]。
虽然碳纳米纤维有内部和表面结构的缺陷,它依然是具有诸多优点的,比如比表 面积大、高比强度、热稳定性、高导电性等[41]。与一般碳纤维对比来看,我们可以发 现,碳纳米纤维除了具有上述的优点以外,还具有长径比大,缺陷数量少,比表面积 大等优点。由于这些优点,碳纳米纤维被广泛的应用于催化剂和催化剂载体、结构增 强材料、高效吸附剂、光子元件和纳米电子等领域[42]。并且,碳纳米纤维作为一种尖 端技术领域必需的新材料,也被应用于国防军工、航空航天等领域。