锂离子电池与其他可充电电池相比,具有能量密度高、成本低廉、环境友好、尺寸轻巧和使用寿命长等诸多优点并在数码领域中发挥着不可替代的作用。近些年,随着交通运输、航天航空及固定式储能等领域的迅速发展,锂离子电池需要进一步提高能量和功率密度才能更好的满足在这些领域应用。作为锂离子电池的关键组件之一,隔膜对于电池在电化学表现、循环寿命和安全性方面起着至关重要的作用。聚烯烃隔膜凭借着较高的力学性能和化学稳定性成为目前主要商用的锂离子电池隔膜,但是聚烯烃隔膜孔隙率低,对电解液亲和性较差,导致在循环过程中隔膜对电解液持液能力弱,限制着电池在大倍率下的应用。此外,聚烯烃隔膜热稳定性差,高温下的隔膜容易发生热尺寸收缩,引起电池发生短路导致电池爆炸,同样限制着电池在高温下的应用。为了解决上述问题,研究人员对锂离子电池隔膜提出了更高的要求。与聚烯烃隔膜相比,聚酰亚胺(PI)分子结构多样,经电纺制得的PI纳米纤维膜孔隙率高、电解液浸润性高和热稳定性好,是一种理想的新型锂离子电池隔膜材料。本论文通过分子设计和碱解刻蚀的方法,在不额外增加电池隔膜重量和厚度的同时,成功得到表面含有羧基结构的PI纳米纤维膜。使纳米纤维膜具有更高的极性,提高了对电解液的浸润性。此外,还实现了对纳米纤维膜的孔隙结构进行调控,提高了纳米纤维膜的力学性能,增加了电池装配过程中的可操作性。研究首先利用聚酰亚胺分子结构可被设计的特点,引入含有羧基结构的二胺与二酐进行缩聚反应,最终得到含有羧基的聚酰亚胺,并结合氨水诱导的方法,成功提高了纤维表面羧基含量,实现了 PI-COOH纳米纤维表面功能化。同时引入了交联结构提高了纳米纤维膜的力学强度、浸润性、玻璃化转变温度和热尺寸形变温度。与Celgard隔膜相比,PI-COOH纳米纤维膜作为锂离子电池隔膜具有更高的离子电导率(3.05 mS·cm-1),在5C倍率下具有更高的放电比容量(124.1 mAh·g-)和更高的循环稳定性(1C倍率下经过100次循环后的容量保持率高达99.3%)。另外,研究采用碱解刻蚀的方法,使聚酰亚胺纳米纤维表面的酰亚胺环发生开环反应,成功得到表面含有羧基结构的PI纳米纤维膜。引入了交联结构,提升了纳米纤维膜的拉伸强度,由原来的12.9 MPa最高提升至31.2 MPa,而且还提高了纳米纤维膜的浸润性和热稳定性。与Celgard隔膜相比,刻蚀后的PI纳米纤维膜离子电导率更高(3.13 mS·cm-1),在5C倍率下具有更高的放电比容量(121.1 mAh·g-1)和良好的循环稳定性(1C倍率下经过100次循环后的容量保持率在97%以上)。