具有阻燃性能的電紡纖維素聚合物納米纖維膜用于鋰離子電池

DOI:10.1016/j.carbpol.2020.115907

目前鋰離子電池的發展主要集中在提高安全性和循環性能方面。本文采用一步靜電紡絲法制備了聚偏氟乙烯（PVDF）/磷酸三苯酯（TPP）/醋酸纖維素（CA）納米纖維膜，并將其用作鋰離子電池的隔膜材料。與傳統聚乙烯膜相比，所制備的復合材料具有較高的孔隙率、較高的熱穩定性、優異的電解質潤濕性和較好的阻燃性能。此外，PVDF/TPP/CA膜組裝的電池具有出色的電化學性能和循環穩定性。性能的改善主要歸因于多孔結構以及CA和TPP的存在。總的來說，所提出的有機纖維素基復合聚合物膜有望成為高級鋰離子電池的隔膜材料。

圖1.制備電紡復合膜和電池組裝的示意圖。

圖2.電紡聚合物膜的SEM圖像和纖維直徑直方圖（a）純PVDF、（b）PVDF/TPP/CA、（c）PVDF/TPP、（d）PVDF/CA。

圖3.PVDF、CA和不同膜的FTIR光譜（a），不同膜的DSC曲線（b），PVDF和復合膜的應力-應變曲線（c）。

圖4.不同膜的接觸角：（a）PE、（b）PVDF、（c）PVDF/TPP/CA，照片顯示（d）PE、（e）PVDF、（f）PVDF/TPP/CA膜的液體電解質潤濕行為，以及（g）PE、PVDF、PVDF/TPP、PVDF/TPP/CA膜的液體電解質浸沒高度的對比。

圖5.在120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃下暴露30分鐘后，PE、PVDF和PVDF/TPP/CA納米纖維膜的照片。

圖6.數碼照片顯示了被電解質潤濕的PVDF/TPP/CA（a-d）和PE（e-h）的可燃性。

圖7.PE、PVDF和PVDF/TPP/CA膜的交流阻抗譜（a），PE、PVDF和PVDF/TPP/CA的電化學穩定性窗口（b），PE、PVDF和PVDF/TPP/CA膜的交流阻抗譜（c）。

圖8.在室溫條件下，以0.2 C的速率在2.7 V至4.2 V的電勢范圍內的電池的充電/放電曲線。（a）PE，（b）復合膜；LiFePO4/膜/鋰電池在0.2 C速率下的循環性能。（c）PE，（d）復合膜。

圖9.使用PE和PVDF/TPP/CA膜的LiFePO4/膜/鋰半電池的倍率性能。