DOI:10.1016/j.cej.2020.124571

隔膜作为锂离子电池的关键部件，在维持良好的离子通量和避免内部短路故障方面起着关键性作用。因此，突出的热稳定性、优异的电解质亲和力以及值得称赞的机械强度的特性对于保证锂离子电池的能量密度和安全性至关重要。本研究首次将二氧化锰（MnO2）颗粒与聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）溶液混合静电纺丝，制备了具有多级纳米纤维的新型聚偏二乙烯-氟代六氟丙烯（PVDF-HFP）基凝胶膜。有机-无机杂化多级凝胶电解质具有较高的孔隙率、较小的孔径、优异的电解质吸收率和出色的耐热性。此外，多级纳米纤维膜中粗纤维和细纤维之间的相互重叠为抑制锂枝晶的生长提供了强有力的骨架支撑，从而确保了最终电池的安全性。多级纳米纤维的存在可以容纳更多的活性位点和更短的扩散通道，以加速锂离子的迁移。基于这些优点，使用杂化PMIA隔膜的组装电池可提供优越的离子导电性（2.27×10-3  S cm-1）和稳定的阳极稳定窗口（～5.01 V）。最特别的是，在0.5 C下循环200次后，所得锂离子电池的容量保持率达到90.5%，而Celgard聚丙烯隔膜仅达到70.2%。实验证明，在多级结构的PVDF-HFP掺杂PMIA凝胶膜中添加类似MnO2的功能性无机粒子，可以增强锂离子的输运能力并抑制锂枝晶的生长，这也就意味着锂离子电池在安全性和高能量方面取得了巨大的进步。

图1.制备的多级结构MnO2辅助的PMIA隔膜对工作锂离子电池中锂离子迁移的示意图。

图2.电纺多级结构MnP-PM隔膜的制备及其最终电池组装的示意图。

图3. a-e）不同纳米纤维膜的SEM图像（a：PM，b：P-PM，c：3MnP-PM，d：6MnP-PM，e：9MnP-PM）；f-g）MnP-PM膜中f）F和g）Mn元素的EDS图片；h）PM、P-PM和MnP-PM膜的FTIR光谱；i）各种PMIA膜的平均孔径。

图4. a）各种PMIA膜的应力-应变曲线；b）PP和不同PMIA膜的热处理图片；c）各种PMIA膜的液体电解质和水接触角；d）PP和不同PMIA膜对电解质的吸收；e-i）浸入液体电解质后的e）PM、f）P-PM、g）3MnP-PM、h）6MnP-PM和i）9MnP-PM膜的SEM图像。

图5.a）PP和不同的PMIA膜的阻抗谱和b）电化学窗口图；c）在不同C速率下的倍率性能，d）在0.5 C下的长寿命测试以及使用PP和不同PMIA隔膜的锂离子电池的库仑效率。