聚酰亞胺（Polyimide，簡(jiǎn)寫(xiě)為PI）指主鏈上含有酰亞胺環(huán)（-CO-N-CO-）的一類，是綜合技術(shù)性能進(jìn)行最佳的之一。PI 材料研究有望可以代替中國(guó)傳統(tǒng)聚烯烴產(chǎn)品材料，成為我們一種社會(huì)理想隔膜主要材料。

首先，PI 材料具有優(yōu)異的耐高溫性能，長(zhǎng)期使用溫度可達(dá)300 °C，給予隔膜良好的熱尺寸穩(wěn)定性，提高電池高溫使用的安全性;

其次，PI的分子結(jié)構(gòu)富含極性基團(tuán)，對(duì)電解液的潤(rùn)濕性更好，有助于改善隔膜與電解液的界面性能，提高電池的綜合性能。

最后，PI 具有阻燃和自滅性能，提供了更強(qiáng)的安全鋰離子電池。

一、PI膜片的成膜方法

傳統(tǒng) PI 材料質(zhì)量難以溶于大多數(shù)學(xué)生有機(jī)溶劑，且具有一個(gè)非常高的熔融溫度Tm和玻璃化轉(zhuǎn)變工作溫度Tg。這種“難溶難熔”的特性可以大大提高限制了PI材料進(jìn)行加工成膜性。據(jù)文獻(xiàn)研究報(bào)道，目前PI隔膜的制備方式方法分析主要內(nèi)容包括模板法、相轉(zhuǎn)化法和靜電紡絲法。

模板法

在模板法中，首先制備含有致孔劑的PI復(fù)合膜，然后通過(guò)化學(xué)腐蝕、溶劑溶解或煅燒除去致孔劑，得到 PI 多孔膜。常用的致孔劑是金屬氧化物、氫氧化物或非金屬氧化物。

浸沒(méi)沉淀法

浸漬沉淀法是將聚酰胺酸(PAA)前體溶液或可溶性PI溶液刮在載體(如玻璃等)上。)并浸入非溶劑中，聚合物在其溶劑/非溶劑混合溶液中用于相分離。除去溶劑后，被非溶劑占據(jù)的空間形成孔。通過(guò)改變鑄膜液配方和工藝條件，可以簡(jiǎn)單有效地調(diào)控多孔膜的孔結(jié)構(gòu)。

靜電紡絲法

靜電紡絲的基本原理是在聚合物溶液中施加高壓靜電力，當(dāng)液體表面的電荷斥力大于其表面張力時(shí)，在針尖形成泰勒錐。高速聚合物溶液被拉伸、變形和分裂。隨著溶液的揮發(fā)，聚合物溶液射流凝固并最終沉積在接收器上形成納米纖維膜。

靜電紡絲技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、適用物質(zhì)多樣、可宏觀制備等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為制備PI膜的有效方法之一。靜電紡絲技術(shù)制備的納米纖維膜具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和高孔隙率，為鋰離子在其中的快速遷移提供了豐富的通道。與傳統(tǒng)無(wú)紡布相比，納米纖維膜的纖維直徑更小(從幾納米到幾百納米不等)，孔徑更小，有利于緩解電池的自放電現(xiàn)象。

此外，研究者們還探索了其它成膜方法，如接枝或共聚能力不穩(wěn)定鏈段法、濕法抄紙技術(shù)和輻照可以刻蝕法等。

二、PI 膜片的高性能改性

采用靜電紡絲技術(shù)制備的 PI 納米纖維膜具有高孔隙率和良好的電解液浸潤(rùn)性，然而高孔隙率也會(huì)帶來(lái)隔膜力學(xué)性能的降低，給電池的組裝和使用帶來(lái)壓力。另一方面，PI 納米纖維膜的大孔徑尺寸也帶來(lái)了電池的自放電問(wèn)題。鑒于此， 研究人員對(duì) PI 隔膜，特別是PI納米纖維膜進(jìn)行了一系列高性能化改性工作。

1. 表面涂覆改性法

表面涂覆改性是指在基膜表面沉積或涂覆一層功能層而實(shí)現(xiàn)改性的方法。比如采

用Al2O3 納米粒子對(duì)PI納米纖維膜進(jìn)行涂覆改性。Al2O3 納米粒子表面含有豐富的極性基團(tuán)，有利于提高PI納米纖維膜與電解液之間的親和性，降低電池的界面阻抗。

經(jīng)過(guò)200圈循環(huán)后，由Al2O3 涂覆PI納米纖維膜所組裝的電池的界面阻抗為45.8 Ω，低于純PI納米纖維膜（51.1Ω）和 PP隔膜（63.4Ω）。在10C的高倍率循環(huán)下，其所組裝電池的放電容量保持率在78.91%，高于純PI納米纖維膜（68.65%）和商業(yè) PP隔膜（18.25%）。

涂覆改性法可以實(shí)現(xiàn)隔膜的功能化改性，但仍存在一些缺點(diǎn)：一方面，涂覆層的引入增加了隔膜質(zhì)量，降低電池的能量密度；其次，涂覆層會(huì)帶來(lái)一定程度的堵孔效應(yīng)，增加 Li+ 遷移的阻力；最后，當(dāng)涂覆層與基體之間的相互作用較弱時(shí)，增加了界面間阻力，而且長(zhǎng)期使用過(guò)程中存在脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

2. 共混改性法

共混也是一種簡(jiǎn)單、有效的高性能化改性方法，只需要在成膜前或過(guò)程中引入改性劑。

3. 凝膠填充法

凝膠填充法即在 PI 隔膜內(nèi)部孔隙中注入凝膠聚合物電解質(zhì)，來(lái)改善 PI隔膜的吸液保液能力。比如通過(guò)結(jié)合PI無(wú)紡布和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）的特性優(yōu)勢(shì)，利用AMPS的原位聚合產(chǎn)物PAMPS對(duì)PI無(wú)紡布進(jìn)行凝膠填充改性。

4. 交聯(lián)改性法

采用靜電紡絲所制備的納米纖維膜中，由于纖維與纖維之間不存在相互作用，納米纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度較低，難以滿足電池組裝過(guò)程對(duì)隔膜的張力要求。為提高納米纖維膜的機(jī)械強(qiáng)度，研究者采用熱致微交聯(lián)、溶致微交聯(lián)、堿液刻蝕和同軸紡絲等手段制備具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的PI納米纖維膜。

三、PI 隔膜的產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀及展望

由于其優(yōu)異的耐熱性和良好的電解質(zhì)潤(rùn)濕性，特別是對(duì)高溫使用安全性的要求，π 材料是目前研究最為廣泛的隔膜材料之一。然而，PI 材料的“不溶性和耐火性”限制了其成膜加工性能。

模板法存在成孔劑去除不徹底、亞胺化程度低等問(wèn)題。然而，PAA 前體與溶劑之間的相互作用很強(qiáng)，分離過(guò)程耗時(shí)，而且工業(yè)應(yīng)用有限。靜電紡納米纖維膜還存在均勻性差和機(jī)械強(qiáng)度低的問(wèn)題。

此外，紡絲過(guò)程對(duì)環(huán)境發(fā)展要求進(jìn)行較為苛刻。因此，要提高 PI 隔膜的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，除了我們需要一個(gè)重點(diǎn)企業(yè)研發(fā) PI 分子結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及改性機(jī)理外，PI 隔膜的成膜制備技術(shù)能力以及相關(guān)配套生產(chǎn)管理設(shè)備和工藝研究方面也需要不斷加大研發(fā)投入力度。其次， 擴(kuò)大原料產(chǎn)能、優(yōu)化工藝流程、提高自己加工工作效率等方式可以降低 PI 隔膜的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)成本，也是為了實(shí)現(xiàn) PI 隔膜的快速推廣與應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。