聚合物修饰的锂亲和纳米胶囊隔膜助力高性能锂金属电池开发

针对固态锂金属电池(SS-LMBs)中锂枝晶生长和SEI层不稳定的难题，研究人员通过PVDF-HFP聚合物与双MOF纳米胶囊协同改性Cd2500隔膜（MDPH@Cd2500），实现了1.3×10?3 S cm?1的离子电导率和2400小时稳定循环。该研究为高安全性储能器件开发提供了新思路。

　　

随着新能源产业的快速发展，固态锂金属电池(SS-LMBs)因其3680 mAh g^?1的理论容量和-3.04 V的低电位成为研究热点。然而，锂离子迁移不均导致的枝晶生长和固体电解质界面(SEI)层不稳定问题，严重制约了其实际应用。传统聚丙烯隔膜(Cd2500)不仅难以阻隔枝晶穿透，其低熔点和宽孔径结构还易引发热失控和电解液泄漏。如何通过简便有效的隔膜工程解决这些瓶颈问题，成为当前储能材料领域的重要挑战。

针对这一难题，桂林电子科技大学的研究团队创新性地将改性PVDF-HFP聚合物与双金属有机框架(Dual-MOF)纳米胶囊结合，通过刮涂法制备出多功能复合隔膜MDPH@Cd2500。该成果发表在《Journal of Energy Storage》上，通过系统的材料表征和电化学测试证明：优化的DPH200聚合物相变诱导β晶相生成，配合纳米胶囊的Lewis酸性位点，不仅将离子电导率提升至1.3×10^?3 S cm^?1，还使电化学窗口扩展至4.83 V。更引人注目的是，组装的Li||Li对称电池在0.2 mA cm^?2下实现2400小时超长循环，LFP||Li全电池在1C倍率下500次循环后仍保持85.6%容量。

研究团队主要采用溶热法合成中空纳米胶囊，结合刮涂技术构建双面功能层。通过X射线衍射分析晶体结构，傅里叶变换红外光谱检测官能团变化，扫描电镜观察形貌特征，并采用线性扫描伏安法和恒电流极化测试评估电化学性能。

材料设计与表征
通过调控PVDF-HFP水改性程度获得DPH200聚合物，其β晶相含量提升至78%，介电常数达12.6。透射电镜显示ZIF-8/ZIF-67纳米胶囊具有12 nm均一孔径，BET测试证实其比表面积达980 m² g^?1。

电化学性能
改性隔膜使Li⁺迁移数提升至0.78，组装的NCM811||Li电池在2.7-4.3 V电压范围内，1C倍率下循环300次容量保持率达91.3%，显著优于原始隔膜的68.5%。

机理分析
原位拉曼光谱证实纳米胶囊的亚纳米孔道可部分去溶剂化Li⁺，同步辐射显示改性隔膜诱导形成富含LiF的稳定SEI层。分子动力学模拟表明β晶相的-CF₂-基团能有效锚定PF₆^?阴离子。

该研究通过"聚合物相态调控-纳米限域协同"的创新策略，为解决锂金属电池界面不稳定问题提供了新思路。特别是纳米胶囊的枝晶抑制功能与聚合物的电解质亲和特性相结合，使MDPH@Cd2500隔膜在保持商业化生产工艺兼容性的同时，实现了电化学性能的突破。这种"功能模块化"设计理念对未来高能量密度电池开发具有重要指导意义。