文章重要内容

       北京化工大学齐胜利、武德珍教授团队系统梳理了用于抑制锂枝晶生长的锂金属电池功能化聚烯烃隔膜的研究与进展。文章首先介绍了功能化聚烯烃隔膜抑制锂枝晶生长的构筑原理、关键特性及界面工程挑战；然后重点介绍了抑制锂枝晶生长的无机材料改性隔膜和聚合物基复合隔膜的特性及研究进展；最后，结合当前研究，对抑制锂枝晶生长的功能化聚烯烃隔膜的未来发展方向和前景进行了展望。本综述为实现高性能和高安全性的锂金属电池提供了新的思路和方向。

文章背景

锂离子电池由于其比能量、放电电压平台高、循环寿命长等优势，目前成为二次储能电源的首选体系，用于电子设备、电动汽车、航天军工、储能电站等各个领域。随着环境污染及能源危机刺激了新能源汽车的发展，更高的续航里程成为当下电动汽车开发的重中之重，而传统以石墨为负极的锂二次电池已经几乎达到其能量上限。因此，开发具有更高比能量的新型二次电池势在必行。

以金属锂为负极的锂金属电池(lithium metal batteries, LMBs)，因其高理论容量 (3860 mAh·g⁻¹) 和低电位 (−3.040 V versus 标准氢电极)，使其在高能量密度电池体系和二次能源系统中展现出巨大潜力，成为极具前景的下一代高比能电池，可以满足电动汽车更长续航里程和可再生能源储能系统更高储能容量的需求。然而，锂负极表面枝晶生长和锂金属的持续损耗导致电池的循环寿命短，甚至会造成安全隐患，严重阻碍了其商业化进程。

为解决锂枝晶生长带来的安全隐患和性能衰退等问题，研究人员提出了多种策略，包括电解液优化、界面工程和功能化隔膜设计等。其中，开发能够有效抑制锂枝晶生长的功能化隔膜尤为重要。功能化隔膜不仅能调控Li⁺的传输，促进其均匀沉积，防止锂枝晶形成，还可增强隔膜的机械强度和热稳定性，防止锂枝晶刺穿隔膜导致短路，从而显著提升电池的安全性和循环寿命。因此，研发具备抑制锂枝晶生长的功能化隔膜，对推动LMBs商业化应用具有关键作用和重要意义。

文章概述

功能化聚烯烃隔膜作为一种重要的界面工程策略，在抑制锂枝晶生长方面展现出显著潜力。本文系统综述了该类隔膜的构筑原理、关键性能指标、不同改性策略以及未来发展方向。文章首先明确了具有抑制锂枝晶生长的功能化聚烯烃隔膜必须具备以下关键特性：高机械强度以抵抗枝晶刺穿；优良的热稳定性以防止热收缩或孔隙结构变形；良好的电解液润湿性和高离子电导率以促进Li⁺迁移均匀、减少局部电流密度过高引发的锂枝晶生长。

在具体策略上，文章主要阐述两类方法。抑制锂枝晶生长的无机材料改性隔膜，包括氧化物、氮化物、金属有机框架(MOFs)等类型的涂层或复合涂层。抑制锂枝晶生长的聚合物基复合隔膜，包括PVDF、PAN、PMMA、PVA、PI等复合隔膜，以复合涂层方式赋予隔膜柔韧性、界面亲和性以及优异的化学与机械稳定性。聚合物基复合隔膜通过引入极性基团或亲锂材料，改善电解液润湿性、提升离子迁移数，在实际电池体系中展现出较高的库伦效率、低极化以及在高倍率或高电流密度条件下的长期稳定循环。

文章也深入讨论了功能化聚烯烃隔膜在制备与性能之间的权衡问题。例如，涂层与基膜之间的附着力与粘结界面的化学稳定性至关重要；结构均一性、孔隙率分布、电解液浸润性等微观结构特征对枝晶生长方向/速率有决定性影响。同时文章中提及功能化聚烯烃隔膜在商业化制备中面临的挑战：工艺复杂度、制造成本与环境污染(有机溶剂、膜材料可持续性等)等尚未得到彻底解决。

总体而言，功能化聚烯烃隔膜为锂金属电池在提升循环寿命、安全性与倍率性能方面提供了一个有力的路径。未来其能否实现从实验室到产业化推广，关键在于对界面机制的精细掌握、多功能性的综合优化、以及制造工艺与材料的可持续性与经济性的提升。

上述工作以综述形式即将在《高分子学报》2025年第11期印刷出版。欢迎大家关注阅读~

引用本文：

抑制锂枝晶生长的锂金属电池功能化聚烯烃隔膜研究进展 .徐含睿,王召意, 刘克凡, 董南希,贾南方, 王杰, 刘丙学,蔺道雷, 田国峰, 齐胜利,武德珍.高分子学报, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2025.25113Progress on functionalized polyolefin separators for inhibiting dendrite growth in lithium metal batteries.Xu, H. R.; Wang, Z. Y.; Liu, K. F.; Dong, N. X.; Jia, N. F.; Wang, J.; Liu, B. X.; Lin, D. L.; Tian, G. F.; Qi, S. L.; Wu, D. Z.Acta Polymerica Sinica, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2025.25113