锂金属负极因其超高理论比容量（3860 mAh g⁻¹）和低电势（-3.04 V），被视为提升锂离子电池能量密度的关键。然而，锂枝晶生长易引发短路和安全事故。传统隔膜需兼具超薄（<20 μm）与高强度（>25 MPa）以抑制枝晶穿透，但现有技术面临两难：陶瓷涂层隔膜厚度过大（>20 μm）且界面接触差；电纺纳米纤维隔膜机械强度不足（<15 MPa），加压后孔隙率下降又限制离子传输。此外，高成本和难以规模化生产进一步制约其应用。

合肥工业大学项宏发教授、平炜炜副教授团队开发出一种≈10 μm纤维素复合隔膜，通过滚压技术实现规模化制备。该隔膜将Cu(OH)₂纳米簇均匀限域于纤维素基质中，机械强度高达≈100 MPa（商用聚丙烯隔膜的10倍以上），离子电导率≈2.14 mS cm⁻¹，居报道隔膜性能前列。其有效抑制锂枝晶生长，使Li||Li对称电池在0.5 mA cm⁻²下稳定循环≈1800小时，并显著提升LiFePO₄||Li和NCM811||Li全电池的倍率性能与循环寿命。

核心创新解析

图1 展示了隔膜的滚压制备工艺：棉纤维溶于铜氨溶液后，经NaOH凝胶化、水洗至中性（pH=7），再通过梯度压力（0–40 MPa）压制成型（图1a）。所得柔性薄膜（图1b）内部形成均匀分布的Cu(OH)₂纳米晶须（图1c），不仅增强力学性能，其配位铜离子还拓宽了锂离子一维传输通道。

图1 a) 纤维素复合隔膜的卷对卷（roll-to-roll）制备流程 b) 梯度加压成型的纤维素复合隔膜数码照片 c) 纤维素复合隔膜结构示意图及锂离子传输机制 

图2 揭示了压力对性能的调控机制。随压力增至40 MPa，厚度由≈50 μm降至≈10 μm（图2d），抗拉强度升至≈105 MPa（图2c）。SEM显示纤维素纤维钩连Cu(OH)₂纳米簇形成多孔结构（图2e,f），AFM测得杨氏模量达1.01 GPa（图2g），远超聚丙烯隔膜（0.38 GPa）。纳米限域效应使离子电导率跃升至≈2.14 mS cm⁻¹（图2h），为文献报道最高值之一。

图2 a) 纤维素复合隔膜凝胶态数码照片 b) 梯度加压成型的纤维素复合薄膜 c) 不同压力（0–40 MPa）下隔膜的离子电导率、厚度与机械强度变化 d) 隔膜截面SEM图像 e) 隔膜截面局部放大SEM图像 f) 纤维素基质中限域的Cu(OH)₂纳米针簇微观形貌 g) AFM表面高度与杨氏模量测量结果（平均模量1.01 GPa） h) 离子电导率性能对比（含本工作纤维素复合隔膜CCS及文献报道值[33-39]） 

图3 验证了安全性与电化学稳定性。纤维素隔膜在180℃加热30分钟后体积零收缩（聚丙烯隔膜收缩75%），且电解液润湿性极佳（接触角10秒内降为0°）（图3a,b）。Li||Li对称电池循环中极化电压稳定≈60 mV（图3c-e），循环后锂负极沉积平坦（图3f,g），XPS证实隔膜内无铜还原（图3h），表明Cu(OH)₂纳米簇可引导锂均匀沉积。

图3 a) 聚丙烯（PP）与纤维素复合隔膜（CCS）在25°C、120°C、180°C加热30分钟后的形貌对比 b) 电解液在CCS与PP隔膜表面的接触角变化（CCS：0秒/28.9° → 10秒/0°；PP：30秒/36.2°） c-e) Li||Li对称电池在0.5 mA cm⁻²、0.5 mAh cm⁻²条件下的恒流充放电曲线（c: 全周期, d: 第250周期, e: 第1500周期） f,g) Li||Li对称电池循环≈80小时后锂箔表面沉积形貌（f: PP隔膜, g: CCS隔膜） h) 循环前后隔膜截面Cu元素XPS深度分析 

图4 展现了全电池卓越性能：LiFePO₄||Li电池在5C倍率下容量达96.2 mAh g⁻¹，远超聚丙烯隔膜（66.9 mAh g⁻¹）（图4a）；NCM811||Li电池在1C下循环420次后容量保持率86.7%（≈162 mAh g⁻¹），平均库伦效率99.96%（图4d）。这归因于高离子电导率与枝晶抑制能力的协同作用。

图4 a) LiFePO₄||Li全电池倍率性能（0.1C–5C） b) LiFePO₄||Li全电池1C倍率循环性能与库伦效率 c) NCM811||Li全电池0.5C倍率循环性能与库伦效率 d) NCM811||Li全电池1C倍率循环性能与库伦效率

应用前景

该工作通过铜离子配位纤维素策略，开辟了锂离子传输新路径，同时实现隔膜超薄化（≈10 μm）、超高强度（≈100 MPa）和高离子电导率（2.14 mS cm⁻¹）。其天然纤维素基材具备低成本、优异电解液润湿性及阻燃特性，结合滚压技术的可扩展性，为高安全、高能量密度锂金属电池的产业化铺平道路。