DOI:10.1016/j.compscitech.2020.108080

基于对纳米纤维电纺隔膜材料和一些有利于提高锂离子电池电化学性能的掺杂化合物的优异润湿机械强度的迫切需求，本研究将对纳米纤维电纺隔膜材料进行研究，利用静电纺丝技术首次引入极性八（γ-氯丙基）多面体低聚倍半硅氧烷（OCP-POSS）纳米粒子，制备了一种基于耐热聚酰亚胺（PI）基体的纳米纤维复合膜。含3.5 wt% OCP-POSS纳米粒子的复合PI/OCP-POSS隔膜（HOPS separator）在润湿机械强度（11.8 MPa）、电解质保留率（1025%）和凝胶相的倾向等方面都有显著提高，并且仍具有良好的热稳定性。同时，具有HOPS隔膜的电池具有较好的电化学稳定窗口（5.2 V）和优异的离子导电性（2.8×10-3 S cm-1）。最重要的是，在0.2℃和91.96%的C速率试验中，100次循环后的容量保持率达到81.45%，而原始的PI隔膜仅分别达到56.03%和75.90%。此外，改性后的隔膜在1 C和2 C速率下的循环性能均比PP隔膜（Celgard 2400）稳定，这充分说明耐热HOPS隔膜在高性能、先进安全的锂离子电池中具有广阔的应用前景。

图1.HOPS隔膜和纽扣电池组件的制备示意图。

图2.纯PI和HOPS膜的SEM图像（a：S0，b：S1，c：S2和d：S3）；将纯PI和HOPS膜在电解质中浸泡8 h后的SEM图像（e：S0，f：S1，g：S2和h：S3）；纯PI和HOPS膜的XPS光谱（i）；纯PI膜和HOPS膜在浸入电解液之前和之后的典型应力-应变对比曲线（实线和虚线分别代表干燥和润湿断裂强度，即浸入电解液之前和之后的强度）（j） 。

图3.一滴液体电解质在纯PI和HOPS膜上在1 s内的接触角（a：S0，b：S1，c：S2和d：S3）；纯PI和HOPS膜6 s内的接触角（e：S0，f：S1，g：S2和h：S3）。

图4.（a）纯PI和HOPS膜的液体电解质保留率；（b）纯PI和HOPS纳米纤维膜的孔隙率，以及（c）纯PI和HOPS膜的电解质吸收能力随时间变化。

图5.（a）具有纯PI和HOPS隔膜的锂离子电池的界面电阻；（b）纯PI和HOPS隔膜的阻抗谱；（c）分别在HOPS隔膜和纯PI隔膜中传输溶剂化Li+的示意图；（d）纯PI和HOPS隔膜的电化学窗口图。

图6.（a）在第一个循环中，使用PI和HOPS隔膜，由非水电解质/LiCoO2电池活化的Li/隔膜的恒电流放电曲线；（b）在第100个循环中使用PI和HOPS隔膜的电池的恒电流放电特性；（c）纯PI和HOPS隔膜在0.2 C下的循环性能。

图7.（a）含PI隔膜的非水电解质/LiCoO2电池以0.2、1和2 C活化的Li/隔膜的恒电流放电曲线；（b）含HOPS隔膜的电池在0.2、1和2 C下的恒电流放电特性；（c）使用PI和HOPS隔膜在0.2、1、1.5和2 C下通过非水电解质/LiCoO2电池活化的Li/隔膜的高倍率容量。