1、全文速览：
为实现钠离子电池的快速离子传输，提出通过变换织造过程中经纬纱交织规律的手段，对隔膜机织物基底的孔结构和曲度进行调控，设计出了一种低曲度、孔径分布集中、力学性能优良的钠离子电池隔膜。
2、背景介绍：
为配合电池实现高效的钠离子传输网络，隔膜同样也需要具有低曲度的特性。当隔膜的曲度适当降低时，内部趋向于直通孔的结构特征则有助于降低钠离子的传输阻力。然而现有的隔膜制备方法很难通过简单的工艺对其曲度进行精准调控。针对上述挑战，首次将纺织领域的机织技术应用在隔膜的制备中，开发出一种具有低曲度特征的机织物基隔膜。该工作选择四种机织物组织（平纹、斜纹、缎纹和方平）在小样织机上织造出具有不同曲度的隔膜基底，继而用纤维素浆液调控机织物基隔膜的孔结构，最终形成孔结构适宜、曲度低、力学性能优异的隔膜，该隔膜在钠离子电池中形成连续的离子传输通道，有效增强了离子传输动力学。与商用PP相比，机织物基隔膜的离子电导率和离子转移数得到了明显提高，分别达1.15 mS cm-1和0.75，并且在Na||Na对称电池中能稳定循环超过550 h。此外，该隔膜具有比PP更好的循环稳定性和倍率性能，在300 mA g-1电流密度下，循环50次后的容量维持在258.6 mAh g-1。这项研究以简单、有效、低成本的方法解决了目前隔膜设计中存在的曲度大、离子动力学慢、力学性能差等主要问题，为隔膜设计提供了新的思路，可应用于任何储能装置。
3、本文亮点：
· 首次将纺织工艺引入到隔膜的制备中，以进行曲度调控。
· 该隔膜兼具优异的机械性能，可有效提高了离子传输效率。
· 该方法成本低，流程简单，有望大规模实施。
4、图文解析：
图1机织物基隔膜制备流程图
将氧化的细菌纤维素溶解在离子液体中制成前驱液，通过表面涂覆的方式填充在四种机织物基底的大孔结构中，经去离子水置换和冷冻干燥工序后即可得到机织物基隔膜。
图2 (a-d)机织物基隔膜的SEM图像(MD，经向; TD，纬向); (e) 机织物基和PP隔膜比较示意图
机织物基底组织结构不同，使得经纬纱之间的排列也随之发生变化，于是隔膜内部的孔隙结构表现出明显的区别。其中以方平组织为基底的隔膜曲度最低（0.77）且保留有适宜的孔结构，将其应用于钠离子电池中具有优异的性能。
图3 (a) 4种不同组织的机织物基隔膜的数码照片; (b)隔膜中填充的氧化细菌纤维素区域的扫描电镜图像; (c) 氧化前后细菌纤维素的红外光谱; (d) 方平组织机织物基隔膜和PP隔膜的热重曲线; (e) 隔膜的应力-应变曲线; (f) 隔膜的杨氏模量比较。
与PP相比，制备的机织物基隔膜因氧化细菌纤维素的加入，内部富含-OH、-COOH极性官能团，有利于电解液亲和性的提升。除此之外，该隔膜具有热稳定性强、抗拉强度高、和高柔性的特点，使其能有效抵抗在制备、组装以及应用中的力学破坏。
图4 方平组织机织物基隔膜 (a)和PP (b)的N2吸/脱附曲线; (c) 隔膜比表面积和比平均孔径的比较; (d) PP和方平组织机织物基隔膜的微孔分布比较; 隔膜的孔隙率(e)和电解质吸收率(f)的比较。
和PP相比，机织物基隔膜的孔结构以中孔分布为主，这样的窄孔径分布和小平均孔径可以有效调节电流分布和离子转移，起到抑制枝晶的作用。在四种组织的机织物基隔膜中，方平组织机织物基隔膜因具有最大的比表面积，其对电解液的保留能力也是最强。
图5 (a)EIS曲线; (b) CA曲线; (c)离子电导率和离子转移数比较; (d) 电流密度为0.5 mA cm-2、1mAh cm-2时Na||Na对称电池的电压-时间图像。
以方平组织为基底的隔膜在离子电导率和迁移数上均有明显的优势，分别达到1.15 mS cm-1和0.75，高于其他机织物基隔膜和PP。除此之外，该隔膜在Na||Na对称电池中能以小过电位稳定循环超过550 h，呈现出稳定的循环过程。
图6 隔膜在HC||Na半电池中电化学性能: (a) EIS曲线; (b) CV曲线; (c) 电流密度为0.03 A g-1时的循环曲线和库仑效率; (d) 电流密度为0.3 A g-1时的循环曲线和库仑效率; (e)倍率曲线；(f) HC||NVP全电池循环性能。
与PP相比，方平组织机织物基隔膜在不同电流密度下均能保持更高的容量和更优的倍率能力。在电流密度为300 mA g-1时，循环50次后的容量维持在258.6 mAh g-1。在全电池中测试实用性，能循环超过50圈。
6、总结与展望：
本工作将传统的纺织工艺与电化学储能结合，通过经纬纱线交织结构构建出一种低曲度的机织物隔膜。该研究有效解决了现有隔膜工艺复杂以及无法对曲度进行精准控制的问题，这为电池隔膜设计提供了新的思路。
7、作者简介
张丽榕(Lirong Zhang)：兰州理工大学纺织工程系在读硕士；2019年本科毕业于兰州理工大学纺织工程专业。主要研究方向为钠离子电池隔膜材料的制备与改性。获得 2023 年兰州理工大学一等学业奖学金。
