【摘要】 对比传统 PP 隔膜与 HOF 阻燃隔膜在离子传输、热稳定性、SEI 结构及循环性能差异，科学指南针助力新型隔膜实现全面性能升级。

 

一、传统 PP 隔膜为何无法满足钠金属电池高性能需求？

当前钠金属电池常用 PP/PE 隔膜存在先天性能缺陷，已成为制约电池安全与寿命的主要瓶颈。这类隔膜热稳定性差，缺乏阻燃功能，离子传输无选择性，无法调控 SEI 界面，极易诱发枝晶生长与热失控。

与之相对，科学指南针参与支撑研发的三聚氰胺氰尿酸盐基 HOF 自支撑隔膜，从结构、性能、机理上实现全面升级，成为传统 PP 隔膜的理想替代方案。

 

二、结构与制备工艺对比

  • 传统 PP 隔膜：物理制孔工艺，孔径分布不均，缺乏功能性化学位点，仅作为物理隔离层使用；

  • HOF 阻燃隔膜：采用溶液自组装 + 热辊压工艺制备，厚度 30μm，骨架含 N–H、C=O 极性位点，具备 30–80nm 多孔结构与 10° 电解液接触角，兼具结构稳定性与功能活性。

    在设计阶段，科学指南针通过 DFT 计算、分子动力学模拟、RDF 分析、Na⁺迁移能垒计算、有限元模拟等，为 HOF 隔膜结构优化提供数据支撑。

 

三、关键性能指标全面对比

1.离子传输性能

PP 隔膜：Na⁺迁移数仅 0.77，离子电导率低，无离子选择性；

HOF 隔膜：Na⁺迁移数达 0.91，60℃离子电导率 1.57 mS/cm，可高效选择性传输钠离子。

2.热稳定与阻燃性能

PP 隔膜：120℃出现收缩，易燃，无安全防护能力；

HOF 隔膜：热分解起始温度 380℃，180℃无尺寸收缩，高温释放 NH₃、CO₂不燃气体并形成碳氮保护层，具备本征阻燃性。

3.界面与循环性能

PP 隔膜：SEI 结构不稳定，易破损，无法抑制枝晶；

HOF 隔膜：诱导生成 NaF 占比 86.4% 的 SEI，杨氏模量 11 GPa，Na||Na 对称电池 2 mA/cm² 下循环超 2000 小时，Na||Na₃V₂(PO₄)₃全电池 5C 循环 5000 次容量保持率 99%，软包 Na|| 普鲁士蓝电池稳定性优异。

 

四、隔膜升级对钠金属电池产业化的意义

对比结果清晰表明，传统 PP 隔膜在安全性、离子传输、界面稳定性上均存在明显短板，难以适配下一代钠金属电池。而 HOF 阻燃隔膜凭借全方位性能优势，可显著提升电池安全与循环寿命。

依托科学指南针的研发与验证支持，该隔膜为钠金属电池隔膜升级提供了可靠替代方案，有力推动储能电池与动力电池材料体系更新换代。

 

论文链接：https://doi.org/10.1007/s40820-026-02160-5