复纳“锂”论入围论文（二）

论文解读

随着信息、材料和能源技术的不断进步，锂电池因其循环寿命长、能量密度高、充放电速度快等特点，成为近年来新型电源技术研究和应用的热点。锂电池中的隔膜位于正负极之间，在避免两者直接接触的同时，允许锂离子在正负极之间快速移动，以实现充放电。隔膜的性能直接影响电池的循环和安全性能。

锂电池结构示意图

目前，常规的微孔聚烯烃隔膜由于其化学稳定性好、机械强度高等优点，在锂电池中应用最为广泛。然而，其热稳定性差，孔隙率低，使电池在充放电过程中存在安全隐患。因此，研究具有耐高温性和较强热稳定性的隔膜，对于大大提高锂电池的工作温度范围和安全性具有重要意义。

青岛大学龙云泽团队通过静电纺丝技术和滚动键合制备了 SiO₂/PVDF-HFP 复合多孔纤维膜（SPF），并将这一研究成果：静电纺高耐热无机/有机复合非织造布锂离子电池隔膜，发表在著名期刊《Journal of Nanomaterials》上。

这种复合多孔纤维膜（SPF）的机械强度是纯 SiO₂ 纳米纤维膜的两倍，同时具有优异的热稳定性和热闭孔功能，使用 SPF 制备的锂离子电池的循环和速率性能得到了显著改善。

SPF 复合多孔纤维膜 (a) 开启状态 (b) 闭合状态

从纳米纤维的扫描电镜图中可以看出，SiO₂ 纳米纤维的平均直径小于 PVDF-HFP，而且 PVDF-HFP 纤维相对较直。

左：SiO₂ 纳米纤维膜；右：PVDF-HFP 纳米纤维膜

从复合膜横截面的电镜微观形貌图中可以看出，SPF 复合膜具有良好的纤维细度。复合纤维膜的孔隙是由纤维的随机分布形成的，孔径分布相对均匀。

SPF 复合纤维膜放大 1500 倍 (左)、800 倍 (右) 电镜图像

将 SPF 复合膜在 150°C、160°C、170°C 和 180°C 下热处理 20 分钟后，分别观察 PVDF-HFP 纳米纤维膜表面 SEM 图像（a-d）、SiO₂ 纳米纤维膜表面 SEM 图像（e-h）、SPF 复合膜横截面 SEM 图像（i-l）。在l图中，可以观察到 SiO₂ 表面形成致密的无孔膜。这种闭孔现象具有巨大的潜力和应用，在解决锂电池高充放电率引起的热安全问题方面具有前瞻性。

此外，SPF 复合膜的孔隙率和电解质吸收率远高于传统 PE 隔膜，机械强度也比纯 SiO₂ 膜提高了一倍以上，同时保持了自身的热稳定性，可极大促进无机膜在锂离子电池中的实际应用。

SPF 复合隔膜与纯 SiO₂ 隔膜的机械强度结果对比

SPF 复合隔膜两侧与 PE 隔膜的接触角变化

SPF 复合隔膜制备电池充放电曲线 (左) 及库仑效率 (右) 变化

本文在纯静电纺丝  SiO₂  纳米纤维膜的基础上，使用静电纺丝高分子 PVDF 纳米纤维进行增强复合，提高了无机/有机纳米纤维复合膜的力学强度，同时具有热闭孔功能，提升热稳定性。使用该 SPF 纳米纤维复合膜作为锂电池隔膜，可极大高锂电池的安全性。