易絲幫訊 東華大學繆月娥 等人發明提供了一種孔結構可控的聚丙烯腈/聚丙烯酸納米纖維鋰硫電池隔膜。該膜特徵在於，製備方法包括：採用靜電紡絲的方法制備得到聚丙烯腈/聚丙烯酸複合納米纖維；通過乙醇蒸汽處理，得到孔結構可控的聚丙烯腈/聚丙烯酸複合納米纖維。該發明製備的複合材料具有纖維形貌完整，孔徑結構分佈均一等特點。聚丙烯腈能起到複合納米纖維骨架作用，聚丙烯酸則作為複合納米纖維的結構調控物質，該複合納米纖維隔膜具有環保高效、孔徑和孔隙率精確調控、物理化學性質穩定等優點。
鋰硫(Li-S)電池具有超高的理論比容量(1672mAh g-1)和能量密度(2600W h kg-1)，且硫的儲量豐富、價格低廉、環境友好，已成為最具吸引力的新型電池系統之一。但是，硫電極在充放電過程中產生可溶的多硫化物，一方面導致高階多硫化物跨隔膜擴散與金屬鋰負極直接反應生成低階多硫化物帶來鋰硫電池的副反應循環，也即“穿梭效應”，降低鋰硫電池的庫倫效率；另一方面也導致含硫組分的損失，使電池性能發生快速衰減。
隔膜系統是防止電池正負極直接接觸發生短路；同時，通過隔膜中的孔道結構保持電解液聯通，維持離子通道。目前市場上的鋰硫電池隔膜多硫化物的穿梭並沒有起到較好的抑制作用，因而將不可避免地產生容量衰減和循環穩定性差的缺陷。基於此，該研究結合靜電紡絲和乙醇蒸汽處理的實驗方案，提出了基於聚丙烯腈/聚丙烯酸複合納米纖維隔膜的孔徑和孔隙率調控策略：以聚丙烯腈作為納米纖維骨架，聚丙烯酸作為結構調控物質和多硫化物的吸附物質，來設計優化鋰硫電池隔膜的結構，既保障電池內部鋰離子的高效傳輸，又能對多硫化物的穿梭起到一定的抑制作用，從而提高鋰硫電池的性能和使用壽命。
圖1 材料的掃描電鏡照片。其中，(a)是靜電紡聚丙烯腈/聚丙烯酸複合納米纖維，(b)是孔結構可控的聚丙烯腈/聚丙烯酸複合納米纖維。
圖2 材料的孔徑分佈圖。其中，圖(a)是靜電紡聚丙烯腈/聚丙烯酸複合納米纖維隔膜的孔徑分佈柱狀圖，圖(b)是孔結構可控的聚丙烯腈/聚丙烯酸複合納米纖維隔膜的孔徑分佈柱狀圖。
圖3 材料所組裝成的鋰硫電池倍率性能圖。
與現有技術相比，該發明的有益效果是： 1、製備過程簡單易行且十分環保，是一種快捷有效的製備方法。 2、該發明採用靜電紡絲的方法制備得到聚丙烯腈/聚丙烯酸複合納米纖維，該種複合納米纖維的直徑均勻，纖維形貌完整，聚丙烯腈和聚丙烯酸在單根纖維上呈現均勻分佈，沒有任何相分離的現象。3、採用乙醇蒸汽處理的方法，使得部分聚丙烯酸溶解出來形成纖維間的粘接，達到減小纖維膜的孔隙率，調控纖維膜孔徑的作用。4、該發明中聚丙烯腈能起到複合納米纖維骨架作用，聚丙烯酸則作為複合納米纖維的結構調控物質，該複合納米纖維隔膜具有環保高效、孔徑和孔隙率精確調控、物理化學性質穩定等優點。
附：專利信息
專利名 孔結構可控的聚丙烯腈/聚丙烯酸納米纖維鋰硫電池隔膜
申請公佈號 CN 108589034 A
申請公佈日 2018.09.28
申請號 201810526820 .2
申請人 東華大學
發明人 繆月娥 朱曉波 劉天西 歐陽玥 宗偉
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