同轴静电纺丝PEG-4000@PVDF复合膜：兼具热管理功能与阻燃特性的锂离子电池隔膜材料创新设计

为解决相变材料(PCMs)泄漏易燃、传统织物热管理性能不足及锂离子电池(LIBs)隔膜热失控风险等问题，研究人员通过同轴静电纺丝技术构建了核壳结构PEG-4000@PVDF-IFR(PPI)复合纤维膜。该材料实现92.26 J g-1的高储热密度和V-0级阻燃性能，总热释放量(THR)降低51.59%，残炭率提升至15.15%，同时具备优异的电解液亲和性(接触角0°)和离子电导率(5.09 mS cm-1)，为智能纺织品和超安全电池隔膜开发提供新思路。

　　

随着全球能源危机加剧，相变材料(PCMs)因其高效储热能力在热能管理领域备受关注。然而传统PCMs如聚乙二醇-4000(PEG-4000)存在相变泄漏、易燃等安全隐患，严重制约其在智能纺织品和锂离子电池(LIBs)等领域的应用。与此同时，商用聚烯烃电池隔膜耐热性差，高温下易收缩导致短路，而普通纺织材料缺乏主动热调节能力且易燃，这些痛点亟待突破性解决方案。

针对上述挑战，国内某研究机构团队在《Journal of Materials Science》发表创新研究，通过同轴静电纺丝技术将PEG-4000封装在聚偏氟乙烯(PVDF)壳层中，并整合膨胀型阻燃剂(IFR)，开发出兼具热管理与超高安全性的多功能复合材料。研究采用精密调控的核壳溶液进料比(10:3)和阻燃剂配比(APP:MA=3:1)，结合差示扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)、微型燃烧量热仪(MCC)等表征手段，系统评估材料的储热性能与阻燃机理。

2.1 形貌与热性能调控
通过扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)证实成功构建连续核壳纤维，直径0.369-0.744 μm。当核层进料速度增至10:3时，纤维呈现最佳形貌稳定性，DSC测试显示熔融焓达92.26 J g^-1，相对焓效率92.38%。75℃泄漏实验表明封装率高达97.3%，FTIR谱图中1105 cm^-1处C-O键信号减弱证实PVDF有效包覆。

2.2 协同阻燃机制
TGA显示PPI-3残炭率从1.51%提升至15.15%，UL-94测试达到V-0级。XPS分析燃烧后残炭发现P-O(533.87 eV)和P-F(687.53 eV)键形成，证实APP分解产生的聚磷酸催化成炭。MCC测试表明THR降低51.59%至13.7 kJ g^-1，SEM显示膨胀炭层厚度增加13倍，封闭气泡结构有效隔绝热氧交换。

3.1 织物热管理应用
红外热成像显示PPI-3膜在55℃出现明显温度平台，较纯PVDF延迟升温790秒。将PPI-3与棉纤维复合的双层结构在燃烧测试中保持完整，而纯棉织物20秒内燃尽，证明其卓越的热缓冲与阻燃协同效应。

3.2 电池隔膜性能突破
PPI-3隔膜孔隙率(50.92%)和电解液吸收率(105.44%)显著优于商用PP隔膜，离子电导率提升24.6倍。130℃热处理后收缩率仅15.76%，EIS测试界面电阻低至313.7 Ω。组装Li∥LiFePO₄电池在0.2C循环150次后容量保持率92.09%，速率测试在2C下仍输出112 mAh g^-1比容量。

该研究创新性地通过同轴静电纺丝技术实现PCMs的安全封装与功能集成，提出的"相变吸热+膨胀阻炭"双重保护机制，为解决能源材料领域长期存在的安全-效能矛盾提供了范式。特别值得注意的是，材料在LIBs滥用条件下可先后触发PEG-4000相变吸热(延迟温升)和IFR成炭(阻断燃烧)的级联保护，这种时序响应的设计理念对新型安全材料开发具有普适指导意义。研究成果同时推动智能纺织品与新能源器件向多功能化、高安全性方向发展，符合碳中和背景下绿色材料的设计需求。