五邑大学刘熙博士等《J. Power Sources》：静电纺丝策略实现高电压锂有机聚合物正极材料的微纳米结构调控

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有机/聚合物正极因其结构多样、成本低、合成简便、环境友好等特点而受到越来越多的关注。然而，聚合物的高粘度使得在传统有机/聚合物导电复合电极材料的制备中难以实现可控的微纳米形态调控。五邑大学纺织材料与工程学院纺织新材料粤港联合实验室刘熙博士等人开发了一种静电纺丝策略实现了含有导电炭黑(SP)的p型高电压聚合物聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)纤维电极材料的微纳米形貌调控。与传统干混(PSP-dm)或涂布(PSP-co)法制备的正极相比，相应的静电纺丝纤维正极(PSP50)具备更加精细的3D纳米孔结构和快速的离子/电子输运特性及超快反应动力学。此外，PSP50在50 mA g^-1、平均放电电压为3.75 V，表现出122 mAh g^-1的高放电容量，以及优异循环稳定性，在500 mA g^-1时经过1000次循环后有着73%的高容量保存率。这些PVK基纤维正极不含粘结剂，且PSP50具有良好的机械稳定性和弯曲稳定性。总之，本研究为有机/聚合物纤维正极微纳米尺度形态调控提供了一种有效的策略，对今后高性能锂有机电池正极材料的开发及其面向在柔性可穿戴设备中的应用具有一定的参考意义。

相关研究成果以“Micro-nano morphology regulation via electrospinning strategy enables high-performance high-voltage polymer cathodes for lithium-organic batteries”为题发表在最新一期的Journal of Power Sources上。

图1. PVK基纤维电极的设计策略及制备工艺。

图2. PSPx纤维的SEM照片。

图3. 基于PSPx的电池在50 mA g^-1(a和c)和500 mA g^-1(b和d)时的放电/充电曲线和性能散点图。

图4. (a-f)PSP50、PSP-dm和PSP-co的截面SEM图像；(g-i)PSP50的C和N元素的相应EDS映射；(j)PSP50的SEM图像；(k-l)PSP50的TEM图像。

图5. PSP50、PSP-dm、PSP-co和SP的N₂吸附/解吸等温线(a)，BET表面积(b)，和孔径分布(c)。

图6. 在50 mA g^-1 (a)和500 mA g^-1 (b)条件下电池第二圈的充放电曲线；(c)在500 mA g^-1条件下电池的循环性能和库仑效率；(d)在50至1000 mA g^-1的电流密度依次变化的条件下，电池的放电容量曲线与循环数的关系。

图7. (a-c)电池不同扫描速率下的CV曲线和(d)b值分析；(e)电池不同扫描速率下扩散控制和表面控制的容量贡献率；(f)PSP50、PSP-dm和PSP-co电极在第一次循环后的Nyquist图。

图8. 本工作与不同的p型有机电极报道结果的综合性能雷达图比较。

视频1. PSP50电极的机械、弯曲稳定性展示。

视频2. PSP-co电极的机械、弯曲稳定性展示。

视频3. PSP-dm电极的机械、弯曲稳定性展示。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2022.231824

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