隔膜作为锂离子电池的重要组成部分之一，对电池的安全性和循环性能至关重要。然而目前商业上应用最广泛的隔膜材料多为聚烯烃基材料，由于其熔点较低，在电池温度上升时容易发生收缩和熔融，导致短路从而加剧电池的热失控，造成火灾和爆炸等严重的后果。
在此，东华大学朱美芳、朱丽萍、查刘生、Liu Xiaoyun等人采用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）改性的纳米TiO₂（MNT）以改善其分散性和界面相容性，同时以异氰酸酯基交联剂和聚乙烯醇（PVA）作为纺丝溶液组分，通过静电纺丝技术制备了纳米纤维隔膜。
所得MNT/PVA隔膜表现出卓越的性能，包括高机械强度（33.2 MPa）、优异的热尺寸稳定性（200°C下无收缩）、高孔隙率（82.5%）、显著的电解液吸收率（566.1%）以及出色的离子电导率（1.54 mS cm⁻¹）。此外，在纽扣电池中应用时，MNT/PVA隔膜在0.5C倍率下循环100次后仍能保持初始容量（137.9 mAh g⁻¹）的88.3%以上。
图1. MNT/PVA隔膜的结构表征
总之，该工作提出了一种以水为溶剂、封闭异氰酸酯为交联剂、改性纳米TiO₂为增强组分的环境友好型静电纺丝纳米纤维制备方法。通过静电纺丝技术制备的MNT/PVA隔膜在机械性能和热稳定性方面显著优于Celgard、PVA及纳米TiO₂/PVA等商业隔膜。这些性能的提升归因于异氰酸酯与PVA的交联反应以及纳米颗粒的改性，后者改善了MNT在纺丝溶液中的分散性和界面相容性。
此外，该隔膜具有高度多孔结构（82.5%）和致密的3D网状孔隙架构，同时含有亲水基团，从而实现了高效的电解液吸收（566.1%）和优异的电化学性能。与Celgard、PVA和纳米TiO₂/PVA隔膜相比，MNT/PVA隔膜展现出更高的离子电导率（1.54 mS cm⁻¹）和稳定的循环性能，在0.5C倍率下循环100次后仍能保持88.3%的初始容量。因此，基于PVA的静电纺丝纳米纤维隔膜为锂离子电池隔膜技术提供了一种极具前景的解决方案，是能源存储应用的理想选择。
图2. 电池性能
Sustainable APTES-Modified Nano-TiO2/PVA Composite Nanofibrous Separators for Thermally Stable Lithium-Ion Battery, Advanced Functional Materials 2025 DOI: 10.1002/adfm.202504826
朱丽萍，东华大学材料科学与工程学院副研究员、博士生导师，国家高层次青年人才，联合国环境署（UNEP）臭氧环境影响评估委员会委员，美国科罗拉多矿业学院材料学博士。主要围绕生物基高分子及纤维膜材料的设计制备、表界面机理探讨和高值应用开展研究工作，发表SCI论文50余篇、论著1章，授权中国发明专利10余项，研究成果曾入选美国化学会年会优秀聚合物研究生论坛，获中国纺织联合会科技进步一等奖(3/15)、中国材料研究学会技术发明一等奖(6/15)。
查刘生 博士 研究员
研究方向:
1.刺激响应性杂化纳米纤维的研究
2.无机/有机纳米复合水凝胶膜的制备与应用研究
朱美芳 博士，研究员 中国科学院院士 研究生导师、博士生导师
研究方向：
纳米复合材料与智能材料，纤维成形理论，功能纤维及高分子材料，生物基绿色纤维等
荣誉获奖：
1. 国家技术发明二等奖（2020年）、国家科技进步二等奖（2006年）
2. 上海市科技进步一等奖（2020年）、上海市自然科学一等奖（2018年）
3. 高等教育（研究生）国家级教学成果奖二等奖（2022年）、国家级教学成果奖二等奖（2018年）、上海市教学成果特等奖（2022年）
4. 上海市教育功臣（2023年）、上海市先进工作者（2020年）