引言：在新能源快速发展的当下，使用液态电解质的锂离子电池，因高能量密度等优势广泛应用于各领域，但液态电解质中有机碳酸酯溶剂闪点低、易受热分解，普通隔膜受热收缩易致正负极接触，存在燃烧爆炸风险。而全固态电解质虽能保障安全，但其电化学性能仍需进一步提升。因此，兼具两者优势的聚合物电解质膜（PEMs）应运而生。它兼具电解质和隔膜功能，其多孔聚合物基质对整体性能起决定性作用。众多研究人员对多种聚合物基质进行了广泛研究，其中，PVDF - HFP因结晶度低、不易氧化等特性备受关注。在此基础上，通过添加无机成分如TiO₂、SnO₂等，可进一步提升其性能。

近日，山东科技大学周刚教授、张琦教授团队在《Journal of Energy Storage》发布了题为“Lithium-ion battery safety polymer electrolyte membrane based on PVDF-HFP prepared by electrospinning method”（静电纺丝法制备基于 PVDF-HFP 的锂离子电池安全聚合物电解质膜）的最新研究。该研究通过静电纺丝法成功制备了含纳米二氧化硅颗粒的PVDF - HFP聚合物电解质膜，显著提升了锂离子电池的电化学性能与安全性。

研究以聚偏氟乙烯 - 六氟丙烯（PVDF-HFP）为基材，纳米二氧化硅颗粒（SiO₂）为填料，采用静电纺丝法制备了含 SiO₂的 PVDF-HFP 聚合物电解质膜。当将其应用于锂离子电池时，表现出稳定的电化学性能。结果表明，该 PEMs 具有高孔隙率和多孔结构，有效提高了液态电解质的吸收率。离子电导率高达 4.09×10⁻⁴ S・m⁻¹，锂离子迁移数达到 0.53。

图2：(a)LFP||PEMs||Li半电池的LSV和(b)CV图像；(c)PVDF-HFP/SiO₂-10的CA和EIS图像；(d)PEMs的离子电导率图像

基于磷酸铁锂，该半电池表现出优异的倍率性能和长期循环性能，在 0.5C 和 1C 的能量密度下循环 100 次后几乎没有容量损失，保持在 133 mAh・g⁻¹ 左右。此外，热重分析和热处理实验发现，与纯PVDF-HFP相比，含SiO₂的PEMs在高温下具有更高的热分解温度，且在150°C下几乎没有收缩。表明，该PEMs在高温下有良好的热稳定性和防火性能，可有效避免电池在运行过程中的安全问题。

图4：(a)PEMs的热收缩和(b)燃烧测试图像

 

本研究采用静电纺丝法制备了基于PVDF-HFP的锂离子电池安全聚合物电解质膜，并添加了SiO₂纳米颗粒，有效提升了其电化学性能。综合考虑其简单的制备工艺、环保特性以及较低的成本，含SiO₂的PVDF-HFP聚合物电解质膜在耐高温锂离子电池领域展现出广阔的应用前景。当下，当下，静电纺丝技术在电池材料研发领域愈发常见，其优势不容小觑。该静电纺丝可精准调控纤维直径与分布，制备出高比表面积、多孔结构的纳米纤维，为电解质吸附提供丰富位点，显著提升离子传输效率。其工艺简单、成本低廉且易于规模化，佛山微迈科技有限公司自主研发的MN60静电纺丝设备，特别适合电池材料的研制开发以及小批量试验认证。

文献来源：https://doi.org/10.1016/j.est.2025.01.447