DOI:10.1016/j.jpowsour.2020.228624

聚苯并咪唑膜在锂离子电池（LIBs）的高性能和安全运行中起着至关重要的作用。但是，当前极其缺乏对其安全机理的相关表征和分析。在本研究中，通过静电纺丝技术制备了聚芳基醚苯并咪唑（OPBI）无纺布作为LIBs的高安全性隔膜。从热稳定性、阻燃性、电化学稳定性以及枝晶生长方面对安全机理进行了表征和分析。OPBI膜具有出色的稳定性，例如在200℃下无收缩，在800℃下剩余重量超过54％，甚至在着火时也没有燃烧，相对于Li+/Li的电化学稳定窗口超过5.75V。与Celgard 2400隔膜相比，OPBI膜可有效抑制Li枝晶的生长，因为它与Li阳极具有出色的界面相容性。使用OPBI膜的Li/LiFePO4电池具有良好的循环稳定性（在300个循环中的比容量保持率达94％）和优异的倍率性能。结果表明，OPBI纳米纤维膜是一种高性能且安全的LIBs候选材料。

图1.Celgard 2400（a），OPBI-5wt％（b），OPBI-8wt％（c）和OPBI-9wt％（d）膜表面形态的SEM图像。Celgard 2400（e），OPBI-5wt％（f），OPBI-8wt％（g）和OPBI-9wt％（h）膜截面形态的SEM图像。

图2.OPBI纳米纤维膜的物理性质。（a）OPBI膜在不同条件下的优异柔性：扭曲、折叠、挤压和恢复。（b）电解质湿膜的照片。（c）含液体电解质的膜的CA测试图像。（d）Celgard 2400和OPBI隔膜的TGA曲线。（e）Celgard 2400和OPBI-8wt％膜分别在25、100、130、160和200℃加热1小时的热收缩照片。（f）Celgard 2400和OPBI-8wt％隔膜的易燃性：暴露前，靠近火焰时以及暴露于火焰后。

图3.液体电解质中隔膜的电化学特性。（a）对称电池（即不锈钢/电解质浸润膜/不锈钢）的奈奎斯特图。将OPBI膜和Celgard 2400隔膜浸入电解液中。（b）将OPBI膜和Celgard 2400隔膜夹在两个Li箔之间的对称电池的交流阻抗分析。（c）在室温下和（d）在55℃下，OPBI膜和Celgard 2400隔膜的LSV比较。

图4.隔膜的电池性能。（a）在室温下含OPBI膜和Celgard 2400隔膜的LiFePO4/Li电池在0.5C下的放电循环性能。（b）在室温下，电池在0.5C下循环之前和100次循环之后的EIS。（c，d）由Celgard 2400隔膜和OPBI-8wt％膜组装的电池在第1至第300次循环的充放电曲线。（e）在室温下对LiFePO4/Li电池的倍率性能进行评估。（f）LiFePO4/Li电池在2C、55℃下的放电容量。

图5.（a）Li/OPBI膜-电解质/Li和Li/Celgard 2400隔膜-电解质/Li对称电池在电流密度为0.5 mA cm-2下的锂剥离/镀性能。（b）恒电流循环（b1，b6）之前锂电极表面形态的照片和SEM图像；在0.5C下的40个循环（b2，b3）和300个循环（b4-b5，b7-b8）之后，从LiFePO4/Celgard 2400隔膜-电解质/Li电池和LiFePO4/OPBI膜-电解质/Li电池中获取的锂电极表面形态的照片和SEM图像。（c）对含有Celgard 2400隔膜和OPBI膜的LiFePO4/石墨电池进行30s的燃烧喷射测试。