电池是日常生活中必不可少的物品之一。 在电池的结构中，电池隔膜是最重要的内层组件之一，也是在电池制备过程中对技术要求最高的一种高附加值材料[1]。 以锂电池为例，锂电池隔膜的生产成本占到了整个电池生产成本的10%～14%， 对于某些高端电池，电池隔膜的生产成本甚至占到了总成本的25%左右[2]。 电池隔膜的主要作用是：（1）将电池的正、负极分隔开来，以防止两级接触而短路；（2）具有优良的离子传导功能， 可以使电解质离子顺利通过电池隔膜而实现电池的放电功能[3-5]。 电池隔膜的性能直接决定了电池的性能， 对电池的综合性能比如电池倍率、循环寿命和安全性能等有重要的影响[6]。

目前， 市场上所使用的电池隔膜主要是单向或双向拉伸的聚烯烃多孔膜，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)等[7-8]，这类隔膜具有良好的电化学稳定性、较高的纵向机械强度、均匀的孔隙结构和适宜的热闭孔性能[9]。 但是，石油基聚烯烃材料本身具有憎水性能且表面能较低， 这使得其对电解液的浸润能力变差，同时在电池发热温度过高时，会发生严重的受热收缩现象， 为电池的使用埋下了安全隐患[10]。 无机粒子复合膜，又称为陶瓷膜，主要是一种利用少量黏结剂将无机粒子填充到隔膜中，形成无机粒子/高聚物黏结剂复合隔膜[11]。 这种电池隔膜的优点是吸液性能优异、尺寸稳定性好、导热性能好[12-13]；但是复合的无机粒子在电池循环充放电过程中容易脱落，因而影响电池的使用寿命；同时复合过多的无机粒子还会导致电池隔膜的机械强度降低、质量增加[14]。无纺布膜主要是利用合成纤维进行定向或随机排列形成纤网结构， 然后再利用物理或化学等方法进行加固成膜[15]，所使用的合成纤维主要包括聚酰胺、聚氯乙烯、聚芳砜纶等[13-14]。 这种隔膜的生产成本高、制造工艺复杂、浸润性和热稳定性差，在一定程度上限制了它的应用[16]。

纤维素是由D-吡喃式葡萄糖以β-1，4-糖苷键连接而成的线型大分子多糖， 是自然界含量最丰富的天然高分子[17]。 在自然界中，植物通过光合作用每年可产生数千亿吨的纤维素[18-19]。纤维素纤维是纸类产品的主要成分，是制浆造纸企业最主要的工业原料[20]。 与合成的高分子聚合物相比，纤维素具有可生物降解、环保可再生、无毒、生物相容性好、热稳定性好等优点；同时，在纤维素表面存在大量的氢键，可通过纤维素表面氢键改性来生产一系列纤维素基的衍生物[7，21]。由于具有优异的性能特点， 纤维素及其衍生物是电池隔膜制备原材料的重要研究对象[2]。

纸基电池隔膜是利用纤维素及其衍生物作为原料， 通过抄纸等工艺制备得到的性能优异的纤维素基电池隔膜[22]。 纸基电池隔膜的主要制备方法有纯纤维素制备法和纤维素纤维与其他纤维共混法。 纯纤维素制备法制备的纸基电池隔膜具有介电常数高、热稳定性和化学稳定性好等优点；纤维素纤维与其他纤维共混法制备的纸基电池隔膜则能够根据不同需求获得不同优异性能的纸基电池隔膜。

纸基电池隔膜具有优异的浸润性、较强的机械强度、较高的热/化学稳定性。 因此，通过低成本的造纸工艺制备纸基电池隔膜具有取代传统电池隔膜的巨大潜力。本文主要综述了近年纸基电池隔膜的制备方法、纸基电池隔膜的性能特点及其应用情况和发展前景。

1 纸基电池隔膜的种类和制备

1.1 纸基电池隔膜的种类

1．1．1 纤维素纤维隔膜

此类纸基电池隔膜主要是利用纤维素的介电常数高、热稳定性和化学稳定性好等优点，将其作为主要原料，通过传统造纸工艺制备得到[23]。比如Pan 等[1]利用造纸纤维浆料作为原料，添加阻燃剂，利用传统的纸张抄造工艺成功制备出具有高机械强度、 良好的界面相容性、 耐高温、 阻燃特性的锂电池隔膜纸（FCCN）（如图1 所示）。 与聚丙烯（PP）电池隔膜纸相比，FCCN 隔膜纸具有更好的润湿性能、离子传导性能和润湿性能。 将制备的FCCN 电池隔膜纸组装在LiCoO2/石墨电池中，结果表明纸基电池隔膜纸组装的电池比PP 隔膜组装的电池具有更高的倍率性能和循环性能。 该研究结果也表明FCCN 组装的LiCoO2/石墨电池即使在120 ℃温度下，仍然可以表现出稳定的充放电性能和令人满意的循环稳定性能。 这说明纸基纤维素隔膜可以在锂离子电池、钠离子电池、 锂硫电池和超级电容器等电子器件中具有非常广阔的应用前景[1]。

上一篇：干燥处理对再生纤维素膜性能的影响研究
下一篇：影响藏品保存的几个因素