聚酰亚胺（PI）隔膜改性技术研究

采用静电纺丝技术制备的聚酰亚胺（PI）纳米纤维膜具有较高的孔隙率和优良的电解液浸润性。然而，高孔隙率可能导致膜的力学性能下降，从而对电池的组装和使用造成一定压力。此外，PI纳米纤维膜的较大孔径尺寸也引发了电池自放电的问题。针对这些挑战，研究人员对PI隔膜，尤其是PI纳米纤维膜，开展了一系列高性能的改性研究。

● 表面涂覆改性法

表面涂覆改性是一种通过在基膜表面沉积或涂覆功能层来实现材料改性的技术。例如，采用Al2O3纳米粒子对聚酰亚胺（PI）纳米纤维膜进行涂覆，这些Al2O3纳米粒子表面富含极性基团，有助于提升PI纳米纤维膜与电解液之间的亲和性，从而降低电池的界面阻抗。

经过200次循环后，涂覆Al2O3的PI纳米纤维膜所组装电池的界面阻抗为45.8Ω，低于纯PI纳米纤维膜的51.1Ω和聚丙烯（PP）隔膜的63.4Ω。在10C的高倍率循环中，该电池的放电容量保持率为78.91%，高于纯PI纳米纤维膜的68.65%和商业PP隔膜的 18.25%。

此外，Shi等人通过在PI纳米纤维膜表面涂覆PE微粒，成功构建了具备热关闭功能的 PI/PE复合纳米纤维膜。该复合膜展现出优异的热尺寸稳定性：在230℃下加热0.5小时，收缩率低于10%。

同时，当电池温度接近P的熔点时，PE部分会熔融并使微孔闭合，从而增加电池内阻，减少通过的电流，进而防止进一步的化学反应。

尽管涂覆改性法能够实现隔膜的功能化改性，但仍面临一些缺点：

一方面，涂覆层的引入增加了隔膜的质量，降低了电池的能量密度；

另一方面，涂覆层可能导致一定程度的堵孔效应，增加Li+的迁移阻力；最后，如果涂覆层与基体之间的相互作用较弱，可能增大界面间的阻力，并在长期使用中存在脱落的风险。

● 共混改性法

共混是一种简单且有效的高性能化改性方法，能够在成膜前或成膜过程中引入改性剂。

Shayapat等研究者采用聚酰胺酸铵盐（PAAS）与SiO2和Al2O3纳米粒子进行共混，成功制备了PI杂化纳米纤维膜。与涂覆改性相比，共混改性更侧重于单根纤维，保留了纳米纤维膜的三维网络结构，避免了多层结构可能导致的隔膜离子电导率降低的问题。

实验结果显示，PI杂化纳米纤维膜的孔隙率和吸液率分别达到90%和790%。另外，Chen等人采用四喷头交叉静电纺丝技术，制备了PI/聚偏氟乙烯－六氟异丙烯共聚物（PVDF-HFP）复合纳米纤维膜。

在该复合膜中，PI材料提供了良好的热尺寸稳定性，确保了电池在高温下的安全使用。而PVDF-HFP材料则在较低温度下熔融，有助于增强纳米纤维间的粘结，提高了复合纳米纤维膜的力学性能。

● 凝胶填充法

凝胶填充法是一种有效的技术，通过在聚酰亚胺（PI）隔膜内部注入凝胶聚合物电解质，以提升其吸液和保液能力。这一方法的关键在于选择合适的凝胶聚合物，例如2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS），并利用其原位聚合的产物聚丙烯酰胺（PAMPS）来进行改性。

● 交联改性法

采用静电纺丝技术制备的纳米纤维膜通常存在纤维之间缺乏相互作用的问题，导致其机械强度较低，难以满足电池组装过程中的张力要求。

为了解决这一问题，研究者们采用了多种方法，如热致微交联、溶致微交联、碱液刻蚀和同轴纺丝，来制备具有交联结构的聚酰亚胺（PI）纳米纤维膜。

例如，黄等人设计并合成了一系列主链含有柔性单元的聚丙烯酸（PAA）纳米纤维膜。在热亚胺化过程中，这些纳米纤维膜的纤维之间会发生热致微交联现象，从而形成具有交联结构的PI纳米纤维膜。

通过精确控制热处理的时间和温度，研究者能够有效调节交联程度。引入这些粘结点后，纳米纤维膜的强度显著提高，使其更能满足电池应用中的要求。

▲声明：观点仅代表作者本人，不代表伊斯特立场，部分资讯来自网络如有侵权或其他问题，请联系删除。