可充电锂离子电池是发展可再生能源的重要储能装置,其相关开创性研究人员荣获2019年诺贝尔化学奖。隔膜是锂离子电池各组中成至关重要的部件,主要的作用是隔离正、负极避免内部短路,同时为锂离子传导提供通道。因此,隔在电池的电化学性能和安全性能中起着非常关键的作用。目前,由于微孔聚烯烃隔膜具有高机械强度和均匀孔径分布等优点,而普遍应用于商业锂离子电池中。然而,聚烯烃隔膜仍然存在一些缺点,比如:聚烯烃材料热稳定性差,在较高的温度下工作时会发生热收缩现象,给电池的安全性带来隐患。另外,非极性聚烯烃材料与极性电解液的相容性较差导致聚烯烃隔膜电解液浸润性能差,导致较差的电化学性能。聚苯硫醚(PPS)纤维是一种高性能纤维,具有非常好的阻燃性、热稳定性以及耐化学腐蚀性,因此它可以作为锂离子电池隔膜的一种有前途的替代品。但是单纯的PPS纤维膜不能直接用于锂离子电池,这是由于其较大且不均匀的孔隙会造成锂离子电池内部发生短路。采用物理涂覆是优化基材表面孔径的常用方案,但此方法制备的隔膜长期循环性能不佳。因此,尚需从基材内部角度出发开辟优化PPS纤维膜孔径大小的路径。本文中,我们采用芳纶纳米纤维(ANFs)、纤维素纤维(CFs)分别与PPS纤维进行复合,通过简易的造纸方法制备了两种复合膜,并对其性能进行了表征分析,主要研究内容概括如下:(1)ANFs高的比表面积可以作为填充物有效填补PPS纤维网络所形成的大孔结构,赋予复合隔膜三维的纳米多孔结构。因此,本研究首先将PPS纤维打浆,再与ANFs悬浊液混合,通过简单的造纸工艺得到所设计的复合隔膜ANFs/PPS。研究结果表明,相比商业PP(Celgard 2400)隔膜,ANFs/PPS复合隔膜具有优异的孔隙率、电解液浸润性、热稳定性、力学性能、离子电导率等物理参数,其组装的半电池在倍率性能和充放电循环性能也要优于商业Celgard2400隔膜组装的电池。(2)考虑到ANFs制备工艺繁琐,成本高昂,我们采用了高安全性和低成本的卫生纸用纤维素纤维(CFs)来代替ANFs。本研究首先将CFs与PPS纤维经过高强度的打浆,再采用造纸工艺制备所需的复合隔膜CFs/PPS。研究发现,经打浆后原纤化CFs也可以调节PPS膜的孔径大小,同时赋予CFs/PPS隔膜非常优异的电解液吸收率和浸润性,使其具有更高的离子电导率,约为商业Celgard2400隔膜的5倍。因此,采用CFs/PPS隔膜组装电池的倍率性能和循环稳定性都要强于商业隔膜。此外,CFs/PPS隔膜优异的热稳定性以及力学强度也为锂离子的安全提供了保障。考虑到CFs/PPS复合隔膜性能上的优势以及规模化生产的可能,我们认为这种隔膜具有实际应用价值。