隔膜是电池的关键部件。传统的PP和PE类锂离子电池隔膜，一方面起到物理隔绝的作用以保障电池的安全，另一方面为载流子提供快速迁移的通道。然而传统的纯聚合物隔膜无法保障未来以锂金属为负极的高能量密度锂金属电池的安全。为了实现这一目标，南京邮电大学马延文教授、黄镇东副教授和日本产业技术综合研究所的Titus Masese研究员合作，通过流体导向自组装的方法，以纯无机的超长二氧化硅纳米线为源材料，开发了一种具有均匀细小孔结构的二氧化硅纳米线无机隔膜。在该隔膜的帮助下，成功实现了充放电过程中锂金属的均匀沉积，抑制了锂枝晶的胡乱生长。结合该无机隔膜本身与电解液优异的润湿性能和热稳定性能，二氧化硅纳米线隔膜被认为是集高安全性和高离子电导率于一体的锂金属电池隔膜最富前景的选项。

然而，纯二氧化硅纳米线无机隔膜因纳米线间不存在化学交联，而仅仅是纳米线间的简单堆叠，导致抗撕扯和剧烈扭折的力学性能较差。近日，该团队进一步基于图1所示鸟巢的构筑理念，以PVDF-HFP为交联剂将二氧化硅纳米线连接起来，设计制备了如图2和图3所示的一种PVDF-HFP增强SiO₂纳米线复合隔膜用于高性能锂金属电池。

如图3所示的研究结果表明，该复合隔膜抗撕扯和剧烈扭折的力学性能相较纯二氧化硅纳米线隔膜得到明显提升。同时，该复合隔膜也很好地保持了二氧化硅隔膜具备良好的电解液润湿性、热稳定性和高离子电导率等优异的电化学性能。更重要的是，该隔膜具有更加优异的锂枝晶抑制效果，以其为隔膜组装的LiFePO₄锂金属电池也表现出优异的倍率和循环性能，在2 C条件下循环500次仍能保持99 mAh g^-1的容量，如图4所示。

论文信息：

Silica Nanowires Reinforced with Poly(vinylidenefluoride-cohexafluoropropylene): Separator for High-Performance Lithium Batteries

文章第一作者为南京邮电大学博士研究生堵晴川。

Qingchuan Du, Shumin Shi, Lida Zhang, ZhongyuanYan, Xu Zeng, Jingjing Wu, Dr. Weixin Zhou, Prof. Dr. Zhen-Dong Huang*, Dr.Titus Masese*, and Prof. Dr. Yanwen Ma*

ChemNanoMat

DOI: 10.1002/cnma.202100392