东华大学朱美芳院士团队《Adv. Fiber Mater.》综述：无纺布隔膜在锂离子电池中应用的研究进展

锂离子电池（LIBs）是一种具有高能量密度的储能设备，其中的隔膜是正负极之间的物理屏障，可防止电气短路。为了满足高性能电池的要求，隔膜必须具有出色的电解液润湿性、耐热性、机械强度、高多孔结构和离子导电性。由于无纺布具有高孔隙率和大的比表面积，许多基于无纺布的隔膜已被用于锂离子电池中。然而，多功能纤维的制备、无纺布隔膜的构建及其与储能设备的集成在基础理论和实际应用方面都面临着巨大的挑战。

鉴于此，东华大学朱美芳院士、相恒学副研究员、胡泽旭博士系统地回顾了有关设计和制备用于锂离子电池的无纺布基隔膜的最新进展。具体而言，作者讨论了单层、复合和固态电解质无纺布基隔膜的最新进展及其制备策略，此外，还讨论了隔膜技术未来的挑战和发展方向，以便为高能量密度电池获得性能卓越的隔膜。

文章要点：

1. 在这篇综述中，作者系统地总结了无纺布基隔膜的最新进展，包括三种主要的吧方法（熔喷纺丝、静电纺丝和湿法造纸），还展示了四种主要类型，如单层、复合和固态电解质隔膜。然而，这些材料仍停留在实验室阶段，要实现基于无纺布的商用隔膜，还需付出更多努力。因此，未来必须解决一些关键问题，包括无纺布固态电解质隔膜的机械性能（尤其是穿刺强度）、多孔结构的易调性、高安全性、热传导以及确保高离子传导性。

2. 未来的关注方向：（1）机械性能：隔膜的拉伸强度、穿刺强度和柔韧性等机械性能对锂电池至关重要。具有优异机械性能的隔膜可以避免被锂枝晶刺穿，从而保证电池在充电和放电过程中的安全。基于无纺布的隔膜是一种纤维膜，由随机排列的纤维通过物理或化学方法粘合而成。无纺布基隔膜的后处理（热处理、交联和表面涂层）旨在改善其机械性能。然而，要确保其安全性仍然很困难。未来，可以通过改变纤维结构（如晶体成分和取向）来获得具有高机械性能的无纺布基隔膜，从而实现高能量密度和安全的LIBs。应设计纤维之间的结合方式（氢键、共轭和化学键），以解决机械强度较低的问题。

（2）多孔结构： 隔膜的孔隙率对锂离子的迁移起着关键作用。无纺布基隔膜的孔径可从纳米级到微米级，这取决于其调节成分和制造技术。具有均匀孔径和高孔隙率的隔膜可避免锂枝晶的生长，提高离子迁移效率，并隔离电极，可用于制备高能量密度和安全的锂离子电池隔膜。然而，要通过简便的策略精确调节无纺布基隔膜的多孔结构（孔隙率和孔径）却非常困难。因此，有必要探索精确控制多孔结构的有效策略，以实现无纺布基隔膜的商业开发。

（3）热传导：电池在长期循环过程中会产生大量热量，从而影响电池的性能和安全性。必须设计具有先进多孔结构的无纺布基隔膜，以提高热稳定性。未来可能会研究用于安全隔膜的相变热调节材料。相变材料可在电池温度达到其相变温度时以潜热的形式提供热储存，储存的热量通过反相转变释放出来。

（4）无纺布基固态电解质隔膜的高离子传导性：无纺布基固态电解质隔膜的研究应加速发展。然而，固态电解质隔膜的低离子传导性限制了其广泛应用。通过化学改性或打开柔性非织造基材的分子通道，可拓宽锂离子传输通道，实现高离子导电性。

原文链接：

https://doi.org/10.1007/s42765-023-00322-3

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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