如今，锂离子电池（LIBs）已成为人类生活中不可或缺的一部分，全球研究人员致力于提高其比容量和使用寿命。自商业化以来，LIBs在手机、笔记本电脑和电动汽车等便携式电子产品中得到广泛应用。这些设备与用户紧密接触，安全性至关重要，而电池作为核心部件，也需具备高安全性。传统聚合物基隔膜在高温下易收缩，导致内部短路，增加电池爆炸风险。开发无聚合物膜是解决隔膜高温问题的关键。固态电解质虽安全，但与现有柔性隔膜生产线存在兼容性问题。因此，具有高温耐受性的无聚合物柔性隔膜是高安全性LIB的理想选择。

本文首次报道了通过无聚合物静电纺丝合成的全二氧化硅膜。在静电纺丝过程中消除载体聚合物，使得无需额外的高温煅烧步骤来去除聚合物，即可获得无聚合物隔膜。温度测试揭示了其非常高的耐温性，可在高温下提供高安全性。所得隔膜具有89%的良好孔隙率、3.59mScm⁻¹的高离子导电性和1566%的超高电解液吸收率，与类似工作相比有了显著改进。此外，已组装了采用LFP正极的锂离子电池半电池，在1C的倍率下，合成的PSN隔膜在倍率性能测试中显示出90mAh/g的比容量，比PP隔膜提高了28%。制备过程简便、成本效益高且可扩展，将这种柔性无聚合物膜作为隔膜，用于先进的高安全性LIBs，具有高性能。

无聚合物静电纺丝合成全二氧化硅膜

在论文实验中，采用无聚合物静电纺丝独特工艺。从图 1的 SEM 图像能够清晰看到，PSN 隔膜呈现出均匀交织的纳米线结构，并且没有因聚合物残留而出现珠状物等瑕疵。这种理想微观结构的直接呈现，有力证明了在静电纺丝过程中，成功避免了载体聚合物的使用，进而无需后续高温煅烧去除聚合物步骤，得以顺利合成全二氧化硅膜。该工艺创新为后续 PSN 隔膜展现优异性能奠定了坚实的微观结构基础。

图1. (a) PSN隔膜合成过程的示意图。(b, c) PSN隔膜的表面SEM图像。(d) PSN隔膜的截面SEM图像。(e) 从SEM图像中获得的PSN隔膜纤维直径的直方图。(f) 弯曲状态下的PSN隔膜的光学图像，以展示其柔韧性。(g) PP和PSN隔膜的接触角测试。

高耐温性保障电池安全：

通过温度测试实验得出 PSN 隔膜具有极高耐温性。图 2a 的燃烧测试直观显示，PP 隔膜在接触火焰时迅速完全烧毁，而 PSN 隔膜对火焰表现出出色的耐受性。图 2b 进一步表明，在不同高温环境下，PSN 隔膜重量变化极其微小，形状始终保持不变，尤其在 400℃以下，其直径收缩率低于 4%。这些结果充分说明 PSN 隔膜能有效防止高温短路，在高温环境中为电池提供可靠的高安全性保障。

图2. (a) 两种PP和PSN隔膜在5个不同时间段的燃烧测试。(b) PSN隔膜在四个不同温度下的温度稳定性。显示与室温相关的重量损失和直径收缩。(c) 在200°C和300°C两个温度下加热后的隔膜的归一化傅里叶变换红外光谱（FTIR）吸收光谱。

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优异的孔隙率、离子导电性与电解液吸收率：

论文通过相关公式计算得出 PSN 隔膜孔隙率高达 89%，离子电导率为 3.59mS/cm，电解液吸收率达 1566%。在表 1 中，将 PSN 隔膜与 PP 隔膜的这些性能进行对比，PSN 隔膜优势尽显。高孔隙率为离子传输开辟了更多通道，超高的电解液吸收率使得电解液能够充分浸润隔膜，二者协同作用极大地促进了高离子电导率的实现。

表1. SNF和PP隔膜的参数

锂离子电池半电池的出色倍率性能：

实验组装了采用 LFP 正极的锂离子电池半电池，并进行了倍率性能测试。从图 4d 中可以清晰看到，在 0.05C、0.1C、0.2C、0.5C 和 1C 等不同倍率下，使用 PSN 隔膜的电池比容量均显著高于 PP 隔膜。具体在 1C 倍率下，合成的 PSN 隔膜比容量达到 90mAh/g，相比 PP 隔膜提高了 28%。这一数据对比充分证明了 PSN 隔膜在提升电池倍率性能方面具有明显优势，为电池在不同充放电倍率下高效稳定运行提供了有力支持。

图4. (a) PP和PSN隔膜的SS/隔膜/SS结构的电化学阻抗谱（EIS）数据。(b) 使用电纺LFP正极的PP和PSN隔膜在0.1C下的循环稳定性。(c) 电纺LFP正极的PSN隔膜在第2、50和90个循环的电压曲线。(d) PP和PSN隔膜的倍率性能。

本文成功提出了一种合成无聚合物硅基隔膜的方法，其合成过程中没有高温退火步骤，这有助于实现“全静电纺丝电池”。由于缺乏介绍中所述的具有特定规格的无聚合物隔膜，全静电纺丝电池的制造一直无法实现，而本文中已经实现了这一目标。

文整体实验过程详细展示了 PSN 隔膜制备过程的简便性。在成本方面，避免了高温煅烧等复杂高成本步骤，且无需昂贵的载体聚合物，体现出成本效益高的特点。同时，静电纺丝工艺本身具有良好的扩展性，便于大规模生产。文中各项性能测试结果，如上述各点对应的图表及分析，全方位体现了该制备工艺所带来的 PSN 隔膜在性能上的优越性。这种柔性无聚合物膜作为隔膜，在先进高安全性 LIBs 中具有巨大的高性能应用潜力，为其在实际电池应用领域的广泛推广提供了强有力的支撑。

查阅链接：https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2025.236237