纳米纤维素用于制备锂电池柔性电极

电子设备正朝着轻量化、微型化、环保化和集成化的方向快速发展。解决智能通信、移动医疗等领域的实际应用需求，迫切需要与之相匹配的能源供应系统。因此，对于可穿戴和智能电子设备而言，开发和利用柔性多功能锂离子电池尤为重要。纳米纤维素可与其他锂宿主成分相结合，作为阳极/阴极复合材料中的柔性基底。表 2 总结和比较了各种基于纳米纤维素的柔性锂离子电池电极复合材料的电化学性能和策略。

Li 等人采用湿法纺丝后碳化的方法制备了排列整齐的 CNF/RGO 复合微纤维。制备的纤维导电率高达 649± 60 S cm-1 的锂离子电池阳极。该阳极的稳定放电容量为 312 mAh g-1。Wang 等人通过真空辅助过滤法制造了一种独立的黑磷/纳米纤维素纳米线复合负极。黑磷/纳米纤维素纳米线复合材料为 Li+ 和电子的传输提供了三维混合导电网络。得益于纳米纤维素的多功能性，黑磷/纳米纤维素纳米线复合材料在 0.1 A g-1 的条件下显示出 1020.1 mAh g-1 的高电容。以 TEMPO 氧化的 CNF 为纤维骨架和生物基粘合剂，制备出了具有分层结构的柔性 MoS2 基混合薄膜。由碳化 CNF、CNT 和超薄 MoS2 纳米片组装而成的柔性纸电极显示出 930 mAh g-1 的高初始放电比容量。此外，纳米纤维素衍生碳材料还可用作多功能导电多孔支架，以支持活性阳极材料。通过原位生长法，在纳米纤维素衍生碳支架上成功合成了 Fe3O4 纳米粒子、SnO2和Ge纳米粒子以及MoS2纳米波。利用 BC 制备了用于支撑 Fe2O3 的三维碳质气凝胶柔性框架。

对于 LIB 阴极，目前商业市场上最常见的活性材料是 LiMn2O4、LiCoO2 和 LiFePO4，但这些电极的循环寿命和速率能力仍然受到反复充放电过程中严重的结构退化以及电子和 Li+ 传输动力学缓慢的限制。因此，纳米纤维素可以作为柔性基质，与导电材料一起构建阴极复合材料，从而提高电极的离子和电子导电性，并减轻应力/应变以保持电极的完整性。如图 14d 所示，MXene@CNF 薄膜具有更高的机械强度和柔韧性，并显示出交错的拓扑微结构。组装后的柔性 LIB（MXene@CNF-Li 膜阳极与柔性 LiFePO4/纤维素纳米纤维阴极匹配）显示出卓越的稳定性和高比容量。Cao 等人采用压力可控的水挤压工艺，展示了一种独立的钛酸锂 (LTO)/CNT/CNF 复合网络薄膜。CNF 和 CNT 的结合构建了强导电性纤维网络。此外，CNT 与 LTO 的连接旨在建立电子导电路径，以帮助弥补 LTO 固有的低电子导电性。用于 LIB 的柔性阳极表现出了良好的高电导率和低电导率。

总体而言，纳米纤维素具有高机械强度、网络缠结结构和高纵横比，在制造柔性锂离子电池方面显示出巨大潜力。然而，迄今为止报道的大多数锂离子电池电极材料都是通过将纳米纤维素与活性材料混合而简单合成的，因此界面相互作用相对较弱。应考虑利用非共价或共价化学键的界面结构和相互作用来改善纳米纤维素与活性材料之间的界面相互作用，从而获得具有良好电化学性能、坚固的机械强度、高柔性和有效负载质量的电极。