這篇論文綜述了Li-S電池用電紡納米纖維材料的研究進(jìn)展，并對Li-S電池用電紡納米纖維材料的設(shè)計提出了建議。這些系統(tǒng)的討論和提出的方向可以為Li-S電池用電紡納米纖維材料的合理設(shè)計提供思路和方法。

　　Li-S電池具有超高的理論能量密度（2600 Wh/kg），有原材料豐富、價格低廉以及環(huán)境友好等一系列優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最具吸引力的下一代二次電池之一。然而，Li-S電池尚存在著導(dǎo)電性差、容量衰減過快、活性物質(zhì)利用率低以及鋰枝晶等諸多問題，這些問題使其實用化進(jìn)程受到了嚴(yán)重的阻礙。其主要原因是，Li-S電池在充放電過程中易形成可溶于電解液的多硫化物的“穿梭效應(yīng)”和嚴(yán)重的鋰枝晶安全問題。

      納米纖維材料作為一種新興的纖維材料，因具有比表面積大、孔隙率高、孔道連通性好等特點(diǎn)，而成為當(dāng)前纖維材料領(lǐng)域研究的重點(diǎn)和前沿。靜電紡絲法因具有可紡原料種類豐富、纖維結(jié)構(gòu)可調(diào)性好、多元技術(shù)結(jié)合性強(qiáng)等優(yōu)勢，是當(dāng)前制備納米纖維材料的重要方法之一。靜電紡絲法是利用高壓靜電作用直接將聚合物溶液加工成納米纖維的方法，整個過程發(fā)生時間極短，且涉及荷電聚合物溶液射流的形成、拉伸細(xì)化、形變/相變等一系列復(fù)雜的變化。

        靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維具有成分多樣、尺寸可調(diào)、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)，近年來被廣泛用于Li-S電池領(lǐng)域。由于優(yōu)異的物理化學(xué)特性，電紡納米纖維表現(xiàn)出得天獨(dú)厚的特質(zhì)去解決Li-S電池的這些問題。

        在過去的幾十年里，通過不斷的努力和研究，采用電紡納米材料的Li-S電池的電化學(xué)性能得到了很大的改善。在文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，這篇論文綜述了電紡納米材料用Li-S電池正極、隔膜和插層的最新發(fā)展及其工作機(jī)理，具體分析細(xì)節(jié)將在論文相應(yīng)章節(jié)中進(jìn)行描述，包括其加工方法、結(jié)構(gòu)、形態(tài)工程和電化學(xué)性能。第一正極，電紡納米纖維材料具有比表面積可變、孔結(jié)構(gòu)可控、化學(xué)性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，已成為電池Li-S電池正極材料的研究熱點(diǎn)。第二隔膜，與傳統(tǒng)的PP膜分離器相比，電紡納米纖維膜材料由于其獨(dú)特的比表面積、較大的孔隙率、在電解質(zhì)吸收和離子傳輸方面具有無可比擬的優(yōu)勢，作為鋰硫電池的隔膜得到了廣泛的關(guān)注。第三插層，電紡納米纖維材料夾層不僅可以提高電池系統(tǒng)的電子傳輸，而且可以明顯抑制多硫化物轉(zhuǎn)移和鋰枝晶的生長。論文討論了電紡材料應(yīng)用于鋰硫電池的一些問題，相應(yīng)的給出了一些切實可行的方案策略。

        論文最后提出盡管靜電紡絲技術(shù)存在一些挑戰(zhàn)，但是隨著新領(lǐng)域的發(fā)展，有望實現(xiàn)電紡納米纖維材料的精確結(jié)構(gòu)調(diào)控和低成本產(chǎn)業(yè)化。靜電紡絲技術(shù)將成為獲得性能優(yōu)異的鋰硫電池用納米纖維材料的首選方法。這一綜述有望激勵更多的工作來推進(jìn)電紡納米纖維材料在高性能Li-S電池系統(tǒng)中的應(yīng)用發(fā)展。

　　我校程博聞教授、康衛(wèi)民教授團(tuán)隊在電紡材料用于Li-S電池中取得優(yōu)異成果，比如蜂窩狀多孔碳材料和凝膠化耐高溫芳綸纖維材料，在Energy StorageMaterials, ACS Applied Materials & Interfaces, Nanoscale等國際知名期刊發(fā)表相關(guān)論文二十余篇。

　　該研究受國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號51673148,51678411,51973157），天津市科技計劃（17PTSYJC00040,18PTSYJC00180），天津市自然科學(xué)基金（17JCYBJC41700），天津市教委科研項目（2017KJ067）和天津市歸僑科研基金（2018003）資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adfm.201905467

文章來源：材料科學(xué)與工程