锂硫（Li-S）电池具有高能量密度、低成本和环境友好等优点，使其成为极具前景的下一代储能技术。然而，其实际应用受到多硫化锂（LiPS）穿梭效应、硫导电性差以及锂枝晶生长等挑战的阻碍。静电纺丝是一种使用极高电压（例如，大于10 kV）制造极小（纳米级）纤维的经典技术。它提供了一种多功能的解决方案，具有可调控的材料和结构，以及卓越和极致的性能与可扩展的制造能力。静电纺丝纳米纤维已被有效地集成到关键电池组件中，包括正极、负极、隔膜、电解质和夹层，以提高电池性能。

基于锂硫电池具有极高理论能量密度和成本优势的发展背景，聚焦多硫化物穿梭效应、硫导电性差及锂枝晶生长等严重阻碍其商业化的核心挑战，近期华南理工大学袁伟课题组、赵伯特课题组联合佐治亚理工学院刘美林教授在《极端制造》期刊上发表了题为《Electrospinning for lithium-sulfur batteries: processes and applications》的文章。该文章以“过程导向”的独特视角，系统综述了静电纺丝技术在锂硫电池中的应用进展，深入探讨了从前驱体设计到后处理的四阶段极端制造策略，并提出了面向商业化的高通量扩展与一体化设计思路，对下一代高性能储能领域的发展具有重要指导意义。

研究进展1：静电纺丝在锂硫电池中的多维结构优势 静电纺丝技术能够制造具有极小尺度（纳米级）的一维纤维，并组装成高孔隙率的三维互连网络。相比传统涂布电极，静电纺丝构建的自支撑、无粘结剂架构提供了连续的电子和离子传输通道。这种多孔三维网络不仅有效缓冲了硫在循环中的剧烈体积膨胀，还通过极高的比表面积提供了丰富的活性位点，实现了对多硫化物的强效物理与化学双重限域。

图1. 静电纺丝纳米纤维四种典型改性工艺的示意图

研究进展2：纳米纤维的“四步曲”极端制造策略 该综述首次将静电纺丝的结构调控精炼为四大工程化阶段，实现了从化学源头到物理结构的全面设计 ：

1、前驱体工程：通过聚合物复配或直接引入金属盐、MXene等功能添加剂，在源头赋予纤维催化和吸附特性。

2、纺丝工艺改进：利用同轴喷丝头或多层电纺技术，一步法构建出核壳结构、中空纤维或多层级非对称架构，以平衡机械强度与离子传输。

3、后处理改性：借助热处理（碳化、杂原子掺杂）与液相化学蚀刻，精确激活纤维的导电网络、结晶相态和孔隙率。

4、附加工艺整合：结合化学气相沉积（CVD）、原子层沉积（ALD）或水热合成，在纤维表面二次生长碳纳米管或单原子催化剂，实现复杂界面的深度定制。

图2. 解决锂硫电池关键挑战的综合静电纺丝框架示意图 

研究进展3：电池核心组件的全面赋能 通过上述协同设计，静电纺丝纳米纤维已被广泛集成到锂硫电池的各大关键组件中。其可作为高载硫的正极宿主材料、调节锂均匀沉积的负极三维骨架、阻挡穿梭效应的功能化隔膜、以及提升安全性的凝胶聚合物电解质基体，全面提升了电池的电化学性能。

针对静电纺丝技术在锂硫电池中的应用，本文提出了明确的未来发展范式：首先，应从传统的单一复合材料向具有空间梯度属性和智能响应的纳米纤维架构转变。其次，推动跨组件的系统级整合，例如开发无界面的“正极-功能中间层-隔膜”一体化连续结构，以最小化界面电阻。最后，跨越实验室规模的限制，重点发展无针纺丝等高通量可扩展制造技术，并深度融合机器学习等数据科学，通过算法加速工艺参数的优化与下一代储能新材料的预测性发现。

论文链接：Electrospinning for lithium–sulfur batteries: processes and applications

人物简介：

袁伟，华南理工大学二级教授、博士生导师，机械制造及其自动化学科方向带头人，功能结构与器件高性能制造研究中心主任，“先进电动汽车电源与热控系统”广东省工程技术研究中心主任。国家万人计划领军人才、国家优秀青年科学基金获得者、国家重点研发计划首席科学家。主要研究方向为绿色能源及新型储能器件的先进制造技术、系统装备及应用。主持国家、省部级科研项目30余项，发表SCI索引论文150余篇，授权发明专利40余件，获国家科技进步二等奖、广东省自然科学一等奖、中国专利优秀奖、教育部霍英东青年科学奖等成果奖励。

赵伯特，华南理工大学教授、博导，国家海外高层次引进人才，Clarivate全球“高被引科学家”（2022-2025），2022 Energy & Fuels Rising Star。长期致力于环境与能源领域高效电催化剂和快速储能材料的理性设计、可控合成与原位表征，聚焦动态电催化剂设计。至今在Nature Catalysis, Nature Energy等SCI期刊发表论文140余篇，引用16,000余次，h因子72。相关成果被Science Daily等几十家媒体报道。担任 Swiss National Science Foundation，Croatian Science Foundation评审专家，以及80余个期刊审稿人/仲裁审稿人，现为中国硅酸盐学会固态离子学分会青年理事。获国家海外高层次引进人才、国家自然科学基金（青基、面上）、国家重点研发计划青年科学家项目、广东省引进创新创业团队项目等项目支持。

刘美林，欧洲科学院院士、佐治亚理工学院董事教授。国际先进材料协会(IAAM)会员，国际电化学学会会士，美国陶瓷学会会士。刘美林教授研究方向广泛，包括离子和电子导体中电荷和质量输运的建模，仿真和原位表征; 薄膜和涂层的制作和研究; 多孔纳米结构电极的制备、表征和应用以及能量存储和转换器件开发。主持美国国家自然科学基金和美国能源部，以及美国康菲石油、韩国三星、日本尼桑等世界500强公司资助的项目多项。在Science、Nature、 Nature Energy、 Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、JACS等国际顶级刊物发表论文600多篇，论文被引用次数超过95,000次（H-index 169），连续多年被评为全球高被引科学家。获得Charles Hatchett Award (UK IM3, 2018), HTM Outstanding Achievement Award (ECS, 2018), Kolon Faculty Fellow (2017) 等国际奖项多项。