一、研究背景

锂离子电池（LIBs）（表 A1：所有缩写词及其解释）具有能量密度大、循环寿命长、无记忆效应等优点，因此已被广泛应用于便携式电子产品、新能源汽车、民用飞机等领域。此外，作为一种新型能源，锂离子电池还有助于缓解传统能源枯竭造成的环境污染和能源危机，实现碳中和的目标。

隔膜是锂离子电池的关键部件。一方面，它们通过容纳电解质促进锂离子（Li+）的自由流动，确保锂离子电池的电化学性能；另一方面，作为物理隔离，它们是避免正负电极发生接触反应的最后一道屏障。三层聚烯烃隔膜包括一层聚乙烯（PE）内层和两层聚丙烯（PP）外层，由于其化学惰性和安全性，常用于 LIB。然而，商用聚烯烃隔膜的电解质浸润性较差，限制了 Li+ 的传输，而且在减压或穿刺时电解质会迅速溢出并点燃，这阻碍了高性能 LIB 的开发。此外，由于其熔点低，经常会在热滥用、电滥用和机械滥用的情况下导致热失控，从而很容易引起锂离子电池的燃烧和爆炸事故。因此，开发具有出色润湿性和耐热性的分离器对于提高锂离子电池的能量密度和安全性至关重要。

聚偏二氟乙烯（PVDF）及其聚合物具有无毒性、耐热性和高介电常数等特点，是锂离子电池聚烯烃分离剂的潜在候选材料。这些制备锂离子电池隔膜的方法可分为三种：模板合成；相分离；电纺丝。其中，利用电纺丝设备不仅具有操作简单、成本低、效率高等优点，而且是连续制备大比表面积和高孔隙率纳米纤维分离器的重要技术。电纺聚偏二氟乙烯（PVDF）基分离器还具有形态可控、结构多样、性能优异（如热稳定性）等特点，可同时解决商用聚烯烃分离器在 LIB 中应用时润湿性差和安全性低的主要问题（图 1）。虽然电纺聚偏二氟乙烯（PVDF）基隔膜在锂离子电池中的应用已经得到了广泛的研究，但由于缺乏对电纺过程中各种因素和后处理方法对电纺聚偏二氟乙烯基隔膜的形态、结构和性能影响的系统研究，阻碍了其性能的进一步提高和在锂离子电池中的应用。

图1.基于电纺 PVDF 的 LIB 分离器的特点。

首先，简要介绍了电纺 PVDF 基锂离子电池隔膜的发展历程。其次，基于对电纺丝 PVDF 基锂离子电池隔膜的研究及其电纺丝溶液、电纺丝和后处理的整个制备过程，对其形态、结构和性能等关键参数进行了系统分析和讨论。最后，提出了当前基于 PVDF 的锂离子电池隔膜的研究挑战，为基于 PVDF 的高性能隔膜以及锂离子电池提供了有效的参考。

二、摘要

锂离子电池（LIB）已广泛应用于电子通信、交通、航空航天等领域，其中隔膜对其电化学稳定性和安全性至关重要。基于电纺丝聚偏二氟乙烯（PVDF）的隔膜具有比表面积大、孔隙率高、热稳定性好等特点，能显著提高锂离子电池的电化学性能和安全性。本文首先综述了近年来电纺 PVDF 基 LIB 分离剂的研究热点和工艺，然后总结了影响分离剂形态、结构和性能的关键参数，特别是电纺溶液制备过程、电纺工艺和后处理方法。最后，提出并讨论了基于 PVDF 的 LIB 分离剂所面临的挑战，为将基于 PVDF 的电纺分离剂应用于 LIB 以及开发具有高电化学性能和安全性的 LIB 铺平了道路。

三、结论

基于电纺 PVDF 的分离器具有高孔隙率、优异的润湿性和热稳定性，有望实现安全和高性能 LIB 的目标。本文系统地总结了基于电纺 PVDF 的 LIB 分离器的工艺和关键参数要求。更重要的是，本文还综述了电纺溶液、工艺和后处理方法对基于 PVDF 的电纺锂离子电池隔膜的形貌、结构和性能的影响，涵盖了基于 PVDF 的电纺锂离子电池隔膜的整个制备过程。电纺聚偏二氟乙烯锂离子电池隔膜的研究已取得了令人瞩目的成果。

总之，电纺 PVDF 基锂离子电池隔膜具有广阔的发展空间和应用前景，将促进其在锂离子电池中的进一步应用和发展，并实现安全和碳中和。

图2.静电纺pvdf基LIB分离器的影响因素。

图3.溶液改性对基于电纺 PVDF 的 LIB 分离器的形态、电解质吸收、拉伸强度和热稳定性的影响。(a-d）PMIA@PVDF 分离剂。(e-h）PVDF/MMT 分离器。(i-l) PAN/HCNFs@PVDF/UiO-66 分离器。

图4.电纺丝方法对基于 PVDF 的 LIB 分离器的影响。(a) PA6/PVDF-HFP/PA6（普通注射器，逐层）。(b) PMIA@PVDF-HFP（同轴电纺丝）和 (c) PMIA/PVDF-HFP（同步电纺丝）。(d) TPP@PVDF（同轴电纺）。(e) SiO2/PVDF（共轭电纺）。(f) SiO2/PVDF（无针电纺丝）。(g) PVDF-HFP/PI（并排电纺）和 (h) PVDF-HFP + PI（四针交叉电纺）。