DOI: 10.1016/j.compositesb.2021.108849
微孔電紡膜由于其較高的比表面積而具有較高的孔隙率和較好的電解質潤濕性，但是當這些材料用于先進的鋰電池中時，其機械強度和尺寸穩定性較差。為了改善材料特性和這些材料的電化學性能，研究者報告了通過使用同時靜電紡絲/電噴霧技術結合紫外線引發接枝聚合方法，制備了倍半硅氧烷修飾電紡雜化聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF（HFP））膜。通過熱表征、形態觀察、尺寸和力學性能測試以及電化學測量等技術對所制備的電紡雜化膜進行了系統的表征。將倍半硅氧烷共價鍵合到電紡纖維表面上以獲得剛性的鞘狀雜化殼結構和增強的交聯網絡，從而使電紡雜化膜具有優異的力學性能、熱穩定性和尺寸穩定性以及出色的電化學性能。通過深入研究由不同分子拓撲倍半硅氧烷制備的隔膜的電化學性能差異，研究者發現八倍半硅氧烷（SQ-T8）修飾隔膜具有優異的循環性能，而十倍半硅氧烷（SQ-T10）表現出更高的容量。通過以上研究，假設SQ-T8和SQ-T10在接枝到電紡纖維上時通過分子間堆積排列組裝成不同的構型。綜上所述，這類電紡雜化膜在先進鋰電池中具有廣闊的應用前景。
圖1.顯示了利用紫外線引發接枝交聯反應與同時靜電紡絲/電噴霧方法相結合來制備電紡絲雜化膜的示意圖。
圖2.在氮氣中以10℃/min的加熱速率測量的電紡雜化膜和對照反應樣品的TGA曲線：（a）PVDF（HFP）-MASQT8，（b）PVDF（HFP）-MASQT10，（c）CR-SQT8和（d）CR-SQ-T10。
圖3.具有不同MASQ含量的PVDF（HFP）-SQT8和PVDF（HFP）-SQT10的SEM圖像。
圖4.通過對（a）PVDF（HFP）-SQT8，（b）PVDF（HFP）-SQT10和（c）原始PVDF（HFP）進行加熱-冷卻-加熱獲得的典型DSC熱分析圖。（d）PVDF（HFP）-SQ和PB-SQ膜的X射線衍射圖。在（a）和（b）中，采用MASQT8/T10-12wt％作為PVDF（HFP）-SQ的典型樣品。
圖5.（a）在110和130℃下熱處理30分鐘之前和之后，Celgard、原始PVDF（HFP）膜和EHM的熱穩定性。隔膜的面積收縮率是根據減小的面積與初始面積之比計算的。原始PVDF（HFP）（b）和EHM（c）的電解質尺寸穩定性圖像，將它們完全浸入電解質后即可獲得。
圖6.各種EHM樣品的力學性能：（a）EHM-T8和（b）EHM-T10的應變-應力曲線，通過拉伸強度測試以5mm/min的速度獲得；（c）比較具有不同MASQ含量的EHM-T8和EHM-T10的極限抗拉強度；（d）通過穿刺強度試驗以50mm/min的速度獲得（d）EHM-T8和（e）EHM-T10的位移-強度曲線；（f）比較具有不同MASQ含量的EHM-T8和EHM-T10的最終穿刺強度；（g）隨EHM、PB-SQ和PVDF（HFP）頻率變化的儲能模量（實點）和損耗模量（空心點）圖，以及（h）干燥和浸濕電解質膜的儲能模量與頻率的關系圖。
圖7.（a）組裝有EHM、原始PVDF（HFP）和PP隔膜的對稱鋰電池的奈奎斯特圖，并通過阻抗譜在室溫下進行了測試（插圖顯示了擬合模型和最高頻率下的放大視圖）。（b）EHM、原始PVDF（HFP）和PP隔膜在2.5至5V之間的線性掃描伏安曲線，掃描速度為10mV/s。采用MASQT8/T10-12％作為EHM-SQT8/T10的代表樣品。補充信息中提供了具有不同MASQ含量的EHM樣品的詳細阻抗譜數據。
圖8.配備EHM隔膜的LiFePO4/Li電池在室溫下的充放電倍率性能。（a，b，c）使用EHM-SQT8、EHM-SQT10和PP隔膜的電池在不同速率下的充電/放電電壓曲線。（c）比較EHM-SQT8和EHM-SQT10基電池與PP隔膜基電池在0.2C至4C下的額定容量。（d）使用EHM-SQT8、EHM-SQT10和PP隔膜的電池在0.2C至4C下的比放電容量與循環次數的關系。這些圖中分別以SQT8-10％和SQT10-12％作為EHM-SQT8和EHM-SQT10的典型代表，補充信息中給出來了有關各種MASQ-T8/T10含量的EHM的額定容量的詳細數據。
圖9.配備EHM隔膜的LiFePO4/Li電池在室溫下的循環性能。（a，b，c）配備EHM-SQT8、EHM-SQT10和PP隔膜的電池在1C的電流密度下記錄的5、50和100次循環的充/放電電壓曲線。（d）比較EHM-SQT8和EHM-SQT10基電池與配備PP的電池在1C下循環100次期間的循環性能（實點表示比放電容量，空心點表示每個循環的庫侖效率）。在這些圖中，分別將SQT8-10％和SQT10-12％用作EHM-SQT8和EHM-SQT10的代表性樣品，并且在補充信息中給出了具有不同MASQ-T8/T10含量的EHM的循環性能的詳細數據。
圖10.（a）在室溫下評估LiFePO4/EHM電解質/Li電池在2C下循環100次的循環性能比較。（b，c）配備EHM-SQT8和EHM-SQT10的電池在2C下進行不同循環的充電/放電電壓曲線。MAT8-10％和MAT10-12％分別作為EHM-SQT8和EHM-SQT10的典型代表。
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