DOI: 10.1016/j.memsci.2020.118996

制备可调节锂离子通量的隔膜是解决锂金属电池（LMB）锂枝晶问题的有效方法。在此，研究者首次通过一步静电纺丝法制备了多尺度结构的聚偏氟乙烯/聚丙烯腈/蛭石纳米片（PVdF/PAN/VNs）纤维膜。所制备的PVdF/PAN/VNs纤维膜显示出多尺度结构，其中VNs嵌入PVdF/PAN纤维中，具有高孔隙率和互穿孔，有利于使Li+在隔膜/电极界面处的通量分布均匀，从而抑制Li枝晶的形成和生长。同时，由于PAN和VNs与液体电解质的协同作用，所制备的PVdF/PAN/VNs纤维膜表现出良好的润湿性、较高的离子电导率、较强的拉伸强度、优异的热稳定性和增强的电化学稳定性，从而保证了锂金属电池性能和安全性的提高。更重要的是，与Celgard膜基电池相比，所制备的PVdF/PAN/VNs基膜Li/Li4Ti5O12电池表现出更好的倍率性能，在10C下的放电容量为139.3 mA h g-1，而PVdF/PAN/VNs膜基Li/Li电池显示出稳定的锂电镀/剥离行为，且过电位较低。这项工作为调节Li+通量分布提供了一条新的策略，有利于促进LMBs的实际应用。

图1.显示PVdF/PAN/VNs纤维膜制备过程的示意图。

图2.（a）剥离的VNs的SEM图像，插图显示了VNs胶态分散体的照片。（b）未剥离的蛭石晶体和剥落的VNs的XRD图谱，（c，d）剥离的VNs的AFM图像。

图3.所制备的（a）PVdF/PAN纤维膜和PVdF/PAN/VNs纤维膜的SEM图像，其中含（b）1wt％VNs，（c）2wt％VNs，（d）5wt％VNs（e）8wt％VNs。（f）所制备的PVdF/PAN和PVdF/PAN/VNs纤维膜的孔径分布。

图4.（a）Celgard膜，（b）PVdF/PAN膜，（c）含5wt％VNs的PVdF/PAN/VNs纤维膜的电解质接触角，（d）用1μL电解质润湿的相关膜的照片，（e）浸透了液体的隔膜在20℃下的交流阻抗谱，（f）相应交流阻抗谱的高频图。

图5.（a）相关隔膜的DSC曲线。在200℃下热处理0.5h之前（b）和（c）之后的相关隔膜的照片。（d）所制备的PVdF/PAN和PVdF/PAN/VNs纤维膜的应力-应变曲线和（e）LSV曲线。

图6.（a）使用相关膜的电池的倍率性能和（b）循环性能。200次循环之前和之后使用相关膜的电池的（c）EIS以及（d）RSEI结果比较，插图显示了等效电路。（e）使用相关膜的Li/Li对称电池的恒电流循环性能。

图7.锂负极在2C下进行200次循环之前和之后的SEM图像。