综述：聚丙烯腈基水系锌离子电池隔膜的最新进展

本综述系统探讨了聚丙烯腈（PAN）隔膜在水系锌离子电池（AZIB）中的创新应用，重点分析其通过静电作用、（002）晶面沉积及3D扩散机制抑制枝晶（dendrite）形成的优势，对比传统玻璃纤维（GF）隔膜在机械强度和安全性上的局限性，为下一代高性能AZIB设计提供重要理论方向。

　　

Abstract

现代电子设备的普及依赖于电能的持续供应，而锂离子电池（LIB）虽占主导地位，却存在安全隐患。水系锌离子电池（AZIB）因其高安全性和成本效益成为新兴替代方案。隔膜作为AZIB的核心组件，需兼顾离子传导性与电极隔离功能。传统玻璃纤维（GF）隔膜虽广泛应用，却面临枝晶生长和机械强度不足的挑战，易引发电池短路甚至爆炸。聚丙烯腈（PAN）基隔膜通过静电相互作用、锌沿（002）晶面定向沉积、三维离子扩散及选择性锌离子渗透等机制，有效抑制枝晶形成，显著提升电池循环稳定性。本文从理想隔膜特性、制备方法、PAN隔膜在AZIB中的应用（尤其是枝晶抑制策略）及未来发展方向四部分展开论述。

Conflict of Interests

作者声明无利益冲突。

理想隔膜的特性

理想隔膜需具备高离子电导率、优异机械强度、化学稳定性及低成本特性。GF隔膜虽价廉易得，但其多孔结构易导致锌枝晶穿刺，且低机械强度难以长期抑制电极接触。PAN隔膜通过官能团（如-C≡N）的静电斥力阻碍枝晶无序生长，同时其纳米纤维结构可引导锌均匀沉积，减少局部电流密度过高问题。

隔膜制备方法

PAN隔膜主要通过静电纺丝技术制备，通过调控聚合物浓度、电压及接收距离形成可控孔径的纤维网络。此外，共混改性（如引入陶瓷纳米颗粒或聚合物涂层）可进一步增强隔膜的热稳定性和离子迁移效率。

PAN隔膜在AZIB中的枝晶抑制策略

1. 1.

   静电相互作用：PAN分子链带负电，排斥Zn²⁺无序聚集，促进离子均匀分布；

2. 2.

   （002）晶面定向沉积：PAN界面调控锌沉积取向，减少枝晶刺穿风险；

3. 3.

   3D离子扩散通道：多孔结构提供多维传质路径，降低局部极化；

4. 4.

   选择性离子渗透：磺化改性可增强Zn²⁺选择性透过，抑制副反应。

未来方向

未来研究需聚焦于PAN隔膜的规模化生产、环境适应性（如低温性能）及与高容量电极的兼容性。多功能一体化隔膜（如自愈合涂层、智能响应材料）可能是下一代AZIB的核心突破点。