高性能PVDF/海泡石复合隔膜在锂离子电池中的应用：提升热稳定性与电化学性能的创新研究

为解决锂离子电池中聚烯烃隔膜热稳定性差、孔隙率低及电解液浸润性不足等问题，研究人员通过静电纺丝技术制备PVDF/海泡石（sepiolite）复合隔膜。该隔膜展现出高离子电导率（3.04×10-3 S·cm?1）和锂离子迁移数（tLi+=0.781），并显著提升电池倍率性能（5C下110mAh g?1）和循环稳定性（0.5C循环250次后容量保持率99%），为高安全、高性能电池设计提供新思路。

　　

锂离子电池（LIBs）因其高能量密度和长循环寿命已成为便携式电子设备和电动汽车的核心能源，但传统聚烯烃隔膜（如PE/PP）的固有缺陷——热稳定性差、电解液亲和力低及锂枝晶生长风险——严重制约了电池性能与安全性。如何通过材料创新突破这些瓶颈，成为研究者亟待解决的难题。

针对这一挑战，湖南大学的研究团队在《Materials Science and Engineering: B》发表了一项创新研究。他们巧妙利用聚偏氟乙烯（PVDF）的高介电常数（8.3）和海泡石（sepiolite）的独特纤维结构，通过静电纺丝技术制备出PVDF/海泡石复合隔膜。该材料不仅继承了PVDF优异的电解质亲和力与电化学稳定性，还借助海泡石的丰富孔道和热稳定性（硅氧四面体结构），构建了高效的锂离子传输网络。

研究团队采用静电纺丝技术制备不同海泡石比例的复合隔膜，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）表征材料形貌与晶体结构，并系统测试了隔膜的热稳定性、机械强度和电化学性能。电池组装采用LiFePO₄（LFP）正极和金属锂负极，电解液为1M LiPF₆的EC/EMC/DMC（1:1:1）溶液。

结果与讨论

1. 材料表征：SEM显示复合隔膜呈现三维网状纤维结构（图S1），XRD证实酸处理后的海泡石杂质峰（如方解石26.6°峰）显著减弱，提升了材料纯度。
2. 热稳定性：添加0.5%海泡石的隔膜（S-PVDF 0.5）在180°C下仍保持结构完整，远优于商用PP隔膜的收缩率。
3. 电化学性能：S-PVDF 0.5隔膜离子电导率达3.04×10^-3 S·cm^?1，锂离子迁移数（t_Li⁺）提升至0.781，表明海泡石提供了更多Li⁺传输通道。
4. 电池性能：组装的LFP电池在5C倍率下容量保持110mAh g^?1，0.5C循环250次后容量仍达165mAh g^?1（99%保持率），且有效抑制了锂枝晶生长。

结论与意义
该研究通过PVDF与海泡石的协同效应，成功开发出兼具高安全性（热稳定性）和优异电化学性能的复合隔膜。其创新性体现在：①海泡石的纤维结构增加了隔膜比表面积和孔隙率，促进电解液浸润；②PVDF的高介电常数加速锂盐解离，提升离子电导率；③无机-有机复合策略为解决聚烯烃隔膜固有缺陷提供了普适性方案。这项工作不仅为高性能LIBs设计提供了新材料，也为其他能源存储器件（如钠离子电池）的隔膜开发提供了重要参考。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加非文献依据的推测；专业术语首次出现时标注英文缩写；作者单位名称按要求未使用英文；技术方法部分未涉及试剂具体配比等细节。）