天津工业大学康卫民教授 Small 综述：静电纺丝纳米纤维在锌电池的进展、构效关联与瓶颈

发布时间：2026.10.29
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锌基电池的机遇与现实困境

随着大规模储能、可穿戴柔性电子设备快速发展，高安全、低成本、环境友好的储能技术受到学界与产业界广泛关注。以金属锌为负极的锌基电池（包括水系锌离子电池、锌—空气电池、锌—金属电池、锌—碘转换电池等），拥有较高理论比容量、本征安全、地壳锌资源储量充足等突出优势PMC。

目前，各类体系已经取得不少进展，但多重相互耦合的瓶颈尚未完全破解：

充放电过程中 Zn²⁺分布不均尖端效应催生锌枝晶；枝晶会刺穿隔膜造成短路，脱落形成无活性 “死锌”；同时水和锌发生析氢、腐蚀，生成碱式盐副产物，进一步钝化电极，循环快速跳水。
锰基、钒基等主流正极本征导电性差；锌离子反复嵌入脱出带来巨大体积胀缩，造成结构粉化坍塌；锰 / 钒离子溶解流失，容量持续衰减。
Zn²⁺电荷密度高，水合离子脱溶剂化能垒大，离子迁移慢，大倍率下性能拉胯。
传统玻璃纤维隔膜孔径无序、力学弱，无法主动调控锌离子流向；普通水凝胶电解质很难同时兼顾高离子电导率、机械强度、抑制水活度，柔性器件界面接触差。

静电纺丝技术为此提供了有效的解决思路：所得纳米纤维既可用作锌负极保护层、正极骨架，也可用于隔膜改性以及凝胶电解质基体构筑，能够适配扣式、软包、线缆型、三明治构型等多种锌基电池器件，满足柔性电子设备的形变使用需求。

不同于过往相关的综述研究多从材料类别或者单一应用场景展开论述；天津工业大学康卫民教授研究团队近期在《Small》发表的综述，构建了离子—空间—界面协同调控的分析框架，把前驱体设计、纤维微观构型、材料功能、电池电化学性能建立对应联系，覆盖负极、正极、隔膜、凝胶电解质、空气电极全组件，厘清 “结构—功能—机理” 的内在逻辑，同时客观指出现存短板。

典型锌基电池体系及其核心失效机制

1.水系锌离子电池

图1.水系锌离子电池示意图