DOI:10.1016/j.jpowsour.2020.228624
聚苯并咪唑膜在鋰離子電池（LIBs）的高性能和安全運行中起著至關重要的作用。但是，當前極其缺乏對其安全機理的相關表征和分析。在本研究中，通過靜電紡絲技術制備了聚芳基醚苯并咪唑（OPBI）無紡布作為LIBs的高安全性隔膜。從熱穩定性、阻燃性、電化學穩定性以及枝晶生長方面對安全機理進行了表征和分析。OPBI膜具有出色的穩定性，例如在200℃下無收縮，在800℃下剩余重量超過54％，甚至在著火時也沒有燃燒，相對于Li+/Li的電化學穩定窗口超過5.75V。與Celgard 2400隔膜相比，OPBI膜可有效抑制Li枝晶的生長，因為它與Li陽極具有出色的界面相容性。使用OPBI膜的Li/LiFePO4電池具有良好的循環穩定性（在300個循環中的比容量保持率達94％）和優異的倍率性能。結果表明，OPBI納米纖維膜是一種高性能且安全的LIBs候選材料。
圖1.Celgard 2400（a），OPBI-5wt％（b），OPBI-8wt％（c）和OPBI-9wt％（d）膜表面形態的SEM圖像。Celgard 2400（e），OPBI-5wt％（f），OPBI-8wt％（g）和OPBI-9wt％（h）膜截面形態的SEM圖像。
圖2.OPBI納米纖維膜的物理性質。（a）OPBI膜在不同條件下的優異柔性：扭曲、折疊、擠壓和恢復。（b）電解質濕膜的照片。（c）含液體電解質的膜的CA測試圖像。（d）Celgard 2400和OPBI隔膜的TGA曲線。（e）Celgard 2400和OPBI-8wt％膜分別在25、100、130、160和200℃加熱1小時的熱收縮照片。（f）Celgard 2400和OPBI-8wt％隔膜的易燃性：暴露前，靠近火焰時以及暴露于火焰后。
圖3.液體電解質中隔膜的電化學特性。（a）對稱電池（即不銹鋼/電解質浸潤膜/不銹鋼）的奈奎斯特圖。將OPBI膜和Celgard 2400隔膜浸入電解液中。（b）將OPBI膜和Celgard 2400隔膜夾在兩個Li箔之間的對稱電池的交流阻抗分析。（c）在室溫下和（d）在55℃下，OPBI膜和Celgard 2400隔膜的LSV比較。
圖4.隔膜的電池性能。（a）在室溫下含OPBI膜和Celgard 2400隔膜的LiFePO4/Li電池在0.5C下的放電循環性能。（b）在室溫下，電池在0.5C下循環之前和100次循環之后的EIS。（c，d）由Celgard 2400隔膜和OPBI-8wt％膜組裝的電池在第1至第300次循環的充放電曲線。（e）在室溫下對LiFePO4/Li電池的倍率性能進行評估。（f）LiFePO4/Li電池在2C、55℃下的放電容量。
圖5.（a）Li/OPBI膜-電解質/Li和Li/Celgard 2400隔膜-電解質/Li對稱電池在電流密度為0.5 mA cm-2下的鋰剝離/鍍性能。（b）恒電流循環（b1，b6）之前鋰電極表面形態的照片和SEM圖像；在0.5C下的40個循環（b2，b3）和300個循環（b4-b5，b7-b8）之后，從LiFePO4/Celgard 2400隔膜-電解質/Li電池和LiFePO4/OPBI膜-電解質/Li電池中獲取的鋰電極表面形態的照片和SEM圖像。（c）對含有Celgard 2400隔膜和OPBI膜的LiFePO4/石墨電池進行30s的燃燒噴射測試。
