Materials Chemistry and Physics：雜化耐熱電紡聚合物膜作為鋰離子電池隔膜

DOI:10.1016/j.matchemphys.2020.122780

在本研究中，合成了一種耐熱、抗熱收縮、雜化電紡納米纖維聚合物隔膜。通過靜電紡絲不同濃度的均苯四酸二酐（PMDA）和4,40-氧二苯胺（ODA），然后進行烘箱干燥以除去殘留的溶劑并進行熱壓以獲得最佳的強度和孔隙率，制備了三種聚丙烯腈（PAN）基雜化膜。對該電紡雜化膜作為紐扣電池中鋰離子電池（LIB）隔膜的性能進行了評估。與市售的Celgard和PAN隔膜相比，Hybrid3膜具有最高的孔隙率（73.36%），極好的電解質吸收率（558.63%）和非凡的離子電導率（2.39 mScm-1）。采用掃描電子顯微鏡、X射線衍射和熱重分析對電紡納米纖維隔膜進行了測定。當在250℃的溫度下放置1小時的情況下，Hybrid3隔膜具有良好的尺寸穩定性。采用電化學方法研究了市售Celgard和雜化電紡納米纖維膜的電化學性能。Hybrid3膜對電解質的電化學穩定性優于商用Celgard隔膜和其他雜化電紡納米纖維膜。由Hybrid3隔膜構成的紐扣電池在1C時顯示出較高的比容量（184 mAh.g-1）。此外，在0.5C下，使用Hybrid3膜組裝的紐扣電池顯示出良好的循環性和容量保持率（95.57%），以及更高的效率（99.8%）。Hybrid3膜是一種功能強大的隔膜，可以增強可循環性并提供熱安全的鋰離子電池。

圖1.Hybrid1、Hybrid2和Hybrid3溶液的制備。

圖2.靜電紡絲設備示意圖。

圖3.電紡納米纖維膜（A）PAN、（B）Hybrid1、（C）Hybrid2和（D）Hybrid3的SEM圖像。

圖4.電紡PAN和雜化膜的拉伸強度。

圖5.電紡PAN、Hybrid1、Hybrid2和Hybrid3納米纖維膜的XRD圖。

圖6.（A）熱流過程中，電紡納米纖維膜放熱行為的TGA曲線，（B）重量/質量損失的百分比。

圖7.Celgard和電紡納米纖維膜在放入烘箱之前和之后的熱收縮率。

圖8.（A）Celgard隔膜和電紡納米纖維膜的孔隙率和（B）電解質吸收率。

圖9.使用市售Celgard和電紡雜化納米纖維隔膜制備的所有紐扣電池的奈奎斯特圖。

圖10.Celgard、PAN和雜化電紡納米纖維膜的線性掃描伏安曲線。

圖11.市售Celgard和電紡PAN、Hybrid1、Hybrid2和Hybrid3納米纖維隔膜的放電容量和電壓曲線，電流速率為（A）0.2C、（B）1C和（C）5C。（D）比較不同速率下的放電容量。

圖12.（A）使用市售Celgard和電紡PAN、Hybrid1、Hybrid2和Hybrid3隔膜的紐扣電池的容量保持率和庫侖效率，電流速率為0.5C。