表面化学修饰助力生物质纳米纤维锂离子电池隔膜

来源：X一MOL资讯

最近，生物质纳米纤维基隔膜已经受到了越来越多的关注，然而，这些生物质纳米纤维基隔膜依然存在诸多问题，阻碍了这种绿色环保隔膜在高性能锂离子电池中的应用。近日，中国科学技术大学的姚宏斌教授课题组利用化学修饰的方法，制备了一种高性能生物质纳米纤维隔膜。

近年来，绿色发展的理念日益深入人心，利用环保的生物质纳米纤维隔膜取代传统聚烯烃隔膜逐渐成为研究的热点。生物质纳米纤维表面含有丰富的极性官能团，直接将生物质纳米纤维自蒸发成膜时，其表面的羟基彼此之间会形成氢键，导致得到的薄膜非常致密、孔隙率低、孔径尺寸小。虽然这种薄膜具有较好的机械强度，但是其致密的结构会导致锂离子传输受阻，离子电导率极低，无法满足商业锂离子电池的要求。为了提高生物质纳米纤维基隔膜的离子电导率，目前通用的策略是利用造孔剂增加生物质纳米纤维膜的孔隙率。通过在生物质纳米纤维制膜工艺过程中添加造孔剂，调节生物质纳米纤维基隔膜的孔隙率，就可以增加电解液在隔膜中的含量和离子在隔膜中的传输速度，从而增加离子电导率。然而，由于造孔剂的加入，会破坏生物质纳米纤维之间的氢键作用，形成大量缺陷，这一方面会严重降低隔膜的机械强度，另一方面会导致孔径尺寸增加，孔分布不均，电流密度分布不均，从而导致安全问题。

姚宏斌教授团队提出的化学修饰法很好地解决了上述问题，他们受到聚烯烃隔膜表面修饰及固态聚合物电解质和凝胶电解质等研究领域的启发，提出了一种表面化学修饰的策略。利用一个简单的迈克尔加成反应，将氰基基团接枝到几丁质纳米纤维（一种常见的生物质纳米纤维）表面，然后利用造纸工艺能够大规模制备出氰基修饰几丁质纳米纤维（CCN）基膜。这种CCN隔膜不仅具有高机械强度，而且还具有高离子电导率，同时由于制备过程中没有加造孔剂，这种膜具有较低的孔隙率和孔径尺寸，能够一定程度上提高锂离子电池安全性。

这种CCN隔膜所具有的优异性能，主要是因为氰基修饰几丁质纤维表面的氰基与液态电解液有很强的亲和性，锂离子能够沿着氰基修饰几丁质纳米纤维表面传输，不受孔隙率的影响，从这一点上看其更像是一种凝胶电解质而非传统应用于液态电解液中的隔膜。因此这种CCN隔膜是一种新型的隔膜，其介于传统隔膜和凝胶电解质之间，相对于传统隔膜和凝胶电解质，在一系列物理特性方面,其具有更好的综合性能。