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锂离子电池是便携式电子产品最常用的电池类型,它具有最好的能重比,且拥有很高的能力密度,使它们逐渐在防护、汽车、航空方面拥有越来越广泛的应用。据预测,2011年全球市场锂离子电池隔膜的需求量将增至3.53亿平方米。但目前的制备技术还不能满足大功率电池的需要。为了得到性能更优异的电池隔膜材料,以静电纺丝技术为主的新技术成为制备电池隔膜研究的热点。这是因为其多孔结构和亚微米到纳米级的纤维网络结构可以降低隔膜对离子流的阻碍,大幅度提高电池的能量密度,使其具有更快的充放电效率和更长的使用寿命。除此之外,电纺材料的原料来源广泛,不再局限于传统方法仅采用PE,PP类材料,有更大的利用空间。如PVDF,PI,PAN,PMMA,聚酯等材料均可以通过电纺方法制备电池隔膜。

研究成果证明了通过电纺可以得到性能优异的隔膜材料。如Cheruvally等人利用静电纺丝法制备了PVDF超细纤维膜,孔隙率高达80%~89%,具有较高的吸液率和离子导电性,用来组装电池性能表现优异。Cho等人将其制备的PAN电纺隔膜与传统的Celgard膜在厚度相同的条件下比较,电纺膜的孔隙率大约是Celgard膜的两倍,同时电纺膜能够更好的吸收电解液。Choi等人在其研究中发现,PVDF基静电纺丝纤维膜在锂离子电池中,既可以浸泡在含锂盐的电解液中作为聚合物电解质使用,也可以直接作为电池隔膜使用,若经过乙烯等离子表面改性,还可使其具有自闭功能。

电纺隔膜的工业化开发才刚刚起步,业内人士对电纺在电池隔膜方面的应用非常看好。 但一直以来,受制于没有成熟的工业化设备,相应的产品开发进展缓慢。纳米蜘蛛第二代设备的成功开发,使采用电纺技术制备纳米纤维电池隔膜成为了可能,加快了其工业化进程。该设备优化了非水溶性聚合物的纺丝过程,纤维堆积密度高,所得纤维直径相比其它电纺技术更加细,纳米纤维膜分布更加均匀,纤维直径也更加均一,而且孔隙率可以在较大的范围内调节(50~90%),所有这些特性为其应用于电池隔膜提供了基本性能保障。据报道,美国杜邦公司已经投入到高性能纳米纤维电池隔膜的开发,国内也有关于采用电纺技术制备PI电池隔膜的报道。可以预测未来几年,电纺技术在电池隔膜领域会发挥越来越大的作用。