《J. Membr. Sci.》：具有均匀小孔径结构的静电纺聚酰亚胺纤维电池隔膜

Thermotolerant Separator of Cross-Linked Polyimide Fibers with Narrowed Pore Size for Lithium-Ion Batteries

Yang Wang, Minhao Guo, Hui Fu, Zhenzhong Wu, Yizhe Zhang, Guojie Chao, Suli Chen, Longsheng Zhang*, Tianxi Liu*

Journal of Membrane Science 2022, 662, 121004

隔膜作为锂离子电池中重要的组成部分，对电池的性能和安全问题发挥着重要的作用。静电纺聚酰亚胺纤维隔膜具有优异的热稳定性和电化学稳定性，是耐高温电池隔膜领域的研究热点之一。然而，目前所报道的静电纺聚酰亚胺纤维隔膜的孔径较大且孔径分布不均匀，不仅容易造成电池的自放电，而且还容易引发锂枝晶的生长，从而导致电池短路等安全问题。

近期，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组报道了一种具有均匀小孔径结构的交联静电纺聚酰亚胺纤维隔膜。在该工作中，通过将聚酰胺酸和聚苯乙烯进行混纺，在将所得静电纺丝膜进行高温热亚胺化处理时，熔融的聚苯乙烯会部分溶解聚酰胺酸，最终使聚酰亚胺纤维之间发生交联，从而获得具有均匀小孔径结构的交联聚酰亚胺纤维隔膜（其平均孔径为0.78 μm，孔隙率高达81%）。与商业Celgard隔膜相比，其具有更好的电解液亲和性（接触角为0°）、更高的电解液吸收率（540.2%）、更大的离子电导率（1.1 mS/cm）、更好的热稳定性（250 ℃没有热收缩）。得益于这些优点，使用所得交联聚酰亚胺纤维隔膜组装的锂离子电池（LiFePO4|Li）表现出优异的倍率性能和良好的循环稳定性（在10 C的大电流密度下，比容量为118 mAh/g，在循环1600次后其容量保持率为80%）。该工作为高性能聚酰亚胺纤维电池隔膜的设计与开发提供了新思路。

本论文第一作者为化工学院硕士研究生王阳，通讯作者为刘天西教授和张龙生副教授。

论文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0376738822007499

交联聚酰亚胺纤维隔膜的合成过程示意图、形貌表征及电池性能测试