一、研究背景

鋰離子電池（LIBs）（表 A1：所有縮寫詞及其解釋）具有能量密度大、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，因此已被廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、新能源汽車、民用飛機等領(lǐng)域。此外，作為一種新型能源，鋰離子電池還有助于緩解傳統(tǒng)能源枯竭造成的環(huán)境污染和能源危機，實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。

隔膜是鋰離子電池的關(guān)鍵部件。一方面，它們通過容納電解質(zhì)促進鋰離子（Li+）的自由流動，確保鋰離子電池的電化學(xué)性能；另一方面，作為物理隔離，它們是避免正負電極發(fā)生接觸反應(yīng)的最后一道屏障。三層聚烯烴隔膜包括一層聚乙烯（PE）內(nèi)層和兩層聚丙烯（PP）外層，由于其化學(xué)惰性和安全性，常用于 LIB。然而，商用聚烯烴隔膜的電解質(zhì)浸潤性較差，限制了 Li+ 的傳輸，而且在減壓或穿刺時電解質(zhì)會迅速溢出并點燃，這阻礙了高性能 LIB 的開發(fā)。此外，由于其熔點低，經(jīng)常會在熱濫用、電濫用和機械濫用的情況下導(dǎo)致熱失控，從而很容易引起鋰離子電池的燃燒和爆炸事故。因此，開發(fā)具有出色潤濕性和耐熱性的分離器對于提高鋰離子電池的能量密度和安全性至關(guān)重要。

聚偏二氟乙烯（PVDF）及其聚合物具有無毒性、耐熱性和高介電常數(shù)等特點，是鋰離子電池聚烯烴分離劑的潛在候選材料。這些制備鋰離子電池隔膜的方法可分為三種：模板合成；相分離；電紡絲。其中，利用電紡絲設(shè)備不僅具有操作簡單、成本低、效率高等優(yōu)點，而且是連續(xù)制備大比表面積和高孔隙率納米纖維分離器的重要技術(shù)。電紡聚偏二氟乙烯（PVDF）基分離器還具有形態(tài)可控、結(jié)構(gòu)多樣、性能優(yōu)異（如熱穩(wěn)定性）等特點，可同時解決商用聚烯烴分離器在 LIB 中應(yīng)用時潤濕性差和安全性低的主要問題（圖 1）。雖然電紡聚偏二氟乙烯（PVDF）基隔膜在鋰離子電池中的應(yīng)用已經(jīng)得到了廣泛的研究，但由于缺乏對電紡過程中各種因素和后處理方法對電紡聚偏二氟乙烯基隔膜的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能影響的系統(tǒng)研究，阻礙了其性能的進一步提高和在鋰離子電池中的應(yīng)用。

圖1.基于電紡 PVDF 的 LIB 分離器的特點。

首先，簡要介紹了電紡 PVDF 基鋰離子電池隔膜的發(fā)展歷程。其次，基于對電紡絲 PVDF 基鋰離子電池隔膜的研究及其電紡絲溶液、電紡絲和后處理的整個制備過程，對其形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能等關(guān)鍵參數(shù)進行了系統(tǒng)分析和討論。最后，提出了當(dāng)前基于 PVDF 的鋰離子電池隔膜的研究挑戰(zhàn)，為基于 PVDF 的高性能隔膜以及鋰離子電池提供了有效的參考。

二、摘要

鋰離子電池（LIB）已廣泛應(yīng)用于電子通信、交通、航空航天等領(lǐng)域，其中隔膜對其電化學(xué)穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要?；陔娂徑z聚偏二氟乙烯（PVDF）的隔膜具有比表面積大、孔隙率高、熱穩(wěn)定性好等特點，能顯著提高鋰離子電池的電化學(xué)性能和安全性。本文首先綜述了近年來電紡 PVDF 基 LIB 分離劑的研究熱點和工藝，然后總結(jié)了影響分離劑形態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)鍵參數(shù)，特別是電紡溶液制備過程、電紡工藝和后處理方法。最后，提出并討論了基于 PVDF 的 LIB 分離劑所面臨的挑戰(zhàn)，為將基于 PVDF 的電紡分離劑應(yīng)用于 LIB 以及開發(fā)具有高電化學(xué)性能和安全性的 LIB 鋪平了道路。

三、結(jié)論

基于電紡 PVDF 的分離器具有高孔隙率、優(yōu)異的潤濕性和熱穩(wěn)定性，有望實現(xiàn)安全和高性能 LIB 的目標(biāo)。本文系統(tǒng)地總結(jié)了基于電紡 PVDF 的 LIB 分離器的工藝和關(guān)鍵參數(shù)要求。更重要的是，本文還綜述了電紡溶液、工藝和后處理方法對基于 PVDF 的電紡鋰離子電池隔膜的形貌、結(jié)構(gòu)和性能的影響，涵蓋了基于 PVDF 的電紡鋰離子電池隔膜的整個制備過程。電紡聚偏二氟乙烯鋰離子電池隔膜的研究已取得了令人矚目的成果。

總之，電紡 PVDF 基鋰離子電池隔膜具有廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景，將促進其在鋰離子電池中的進一步應(yīng)用和發(fā)展，并實現(xiàn)安全和碳中和。

圖2.靜電紡pvdf基LIB分離器的影響因素。

圖3.溶液改性對基于電紡 PVDF 的 LIB 分離器的形態(tài)、電解質(zhì)吸收、拉伸強度和熱穩(wěn)定性的影響。(a-d）PMIA@PVDF 分離劑。(e-h）PVDF/MMT 分離器。(i-l) PAN/HCNFs@PVDF/UiO-66 分離器。

圖4.電紡絲方法對基于 PVDF 的 LIB 分離器的影響。(a) PA6/PVDF-HFP/PA6（普通注射器，逐層）。(b) PMIA@PVDF-HFP（同軸電紡絲）和 (c) PMIA/PVDF-HFP（同步電紡絲）。(d) TPP@PVDF（同軸電紡）。(e) SiO2/PVDF（共軛電紡）。(f) SiO2/PVDF（無針電紡絲）。(g) PVDF-HFP/PI（并排電紡）和 (h) PVDF-HFP + PI（四針交叉電紡）。