隨著鋰離子電池在手機(jī)、電腦以及新能源交通工具中的廣泛使用，鋰離子電池的安全問題越來越受到人們的重視。隔膜作為鋰離子電池的重要部件，對于電池的安全性能有著重要的影響?，F(xiàn)在使用的聚烯烴材質(zhì)的電池隔膜具有強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，但是聚烯烴隔膜存在高溫下易收縮、與電解液親和性差等缺點(diǎn)，是造成鋰離子電池安全事故的重要原因。
中國科學(xué)院化學(xué)研究所張軍課題組以自然界中儲量最大的纖維素為原料，以新型綠色環(huán)保的“離子液體”為溶劑，開發(fā)了通過調(diào)控再生工藝制備透明、柔性、具有可調(diào)的三維納米孔結(jié)構(gòu)和高孔隙率的纖維素氣凝膠的簡便方法。在此工作的基礎(chǔ)上，最近他們利用氣凝膠中三維納米孔結(jié)構(gòu)作為鋰離子傳輸通道，成功地將纖維素氣凝膠膜應(yīng)用于鋰離子電池，其優(yōu)勢如下：
▲纖維素氣凝膠膜的制備（AmimCl為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體）
纖維素分子鏈上的大量羥基以及纖維素氣凝膠膜納米孔結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管效應(yīng)，使纖維素氣凝膠膜對有機(jī)電解液有強(qiáng)的親和性，并可快速吸收大量有機(jī)電解液，吸液率可達(dá)325%；得到的纖維素基凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率可達(dá)2.81 mS/cm，遠(yuǎn)高于商業(yè)隔膜；
以纖維素氣凝膠膜組裝的鋰離子電池具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性能；
纖維素特有的耐熱性賦予了纖維素基鋰離子電池隔膜良好的高溫穩(wěn)定性，組裝得到的鋰離子電池在120℃下仍可以正常工作。
▲圖a為典型的纖維素氣凝膠膜的表面形貌，圖b為其斷面形貌
▲圖a為LiFePO4//電池隔膜//Li半電池的循環(huán)性能，圖b為其倍率性能（Celgard 2400為商業(yè)的聚烯烴隔膜）
另外，三維納米孔結(jié)構(gòu)的存在有助于防止鋰離子電池自放電以及短路的發(fā)生，抑制鋰枝晶的形成。
因此，這種源于自然、綠色環(huán)保的纖維素氣凝膠膜在高安全性、高性能鋰離子電池中有著潛在的應(yīng)用。
