DOI: 10.1021/acsaem.1c03948

具有高输出功率密度的安全锂离子电池（LIB）在电动汽车和电网规模储能系统中具有广阔的应用前景。本研究制备了一种含有磷阻燃剂六苯氧基环三磷腈（HPCTP）的聚丙烯腈（PAN）基多孔复合膜，用于耐热阻燃隔膜，防止因短路故障引起的LIB燃烧。采用静电纺丝技术制备纳米纤维膜，HPCTP的含量从0至20wt%不等。为了改善其力学和热性能，对PAN基膜进行热处理，获得了较高的拉伸强度（>40MPa）和较低的面积热收缩率（<5%，在200℃下持续1小时）。值得注意的是，HPCTP含量超过10%的复合材料表现出良好的自熄性，这可以确保LIBs的高安全性。此外，复合膜的离子电导率（0.95mS/cm）和电解质吸收率（162%）高于商用聚丙烯（PP）隔膜（Celgard 2400，0.65mS/cm和63%）。这是由于其相互连接的孔结构和亲水性，提供了优异的放电容量和循环稳定性。上述结果表明，PAN/HPCTP复合膜可作为耐热阻燃隔膜用于具有高能量密度的安全LIBs。

图1.（a）P210膜的表面SEM图像和（b）孔径分布。（c）PAN膜的力学性能和（d）面积热收缩率与热处理温度的函数关系。在200℃的空气中热暴露1小时后，测量膜的面积热收缩率。插图数字照片分别为热处理前后的P210膜。

图2.（a）P210/HP15膜的表面SEM图像和（b）孔径分布。（c）复合膜的力学性能和（d）面积热收缩率与HPCTP含量的关系。在200℃的空气中热暴露1小时后，测量膜的面积热收缩率。插图中的数码照片分别为热处理前后的P210/HP15膜。

图3.（a）原始PAN薄膜和（b）含有15wt%HPCTP的复合薄膜的垂直燃烧试验的数码照片。（c）将薄膜点燃3秒，记录燃烧时间与HPCTP含量的函数关系。

图4.Celgard 2400和P210/HP15燃烧试验的数码照片。经LE（含1M LiPF6的EC/DMC（1/1v/v））完全润湿的膜。

图5.膜和LE之间的接触角和润湿性图像：（a）Celgard 2400和（b）P210/HP15。

图6.（a）Celgard 2400和P210/HP15的LE（液体电解质）电化学稳定性曲线和（b）热稳定性曲线。在室温下测定电化学稳定性（Li/膜和液体电解质/SS电池），扫描速率为0.1mV/s，3.0-5.7V。对于热稳定性（SS/膜和液体电解质/SS和聚酰亚胺胶带），以2℃/min的速率将电池加热至200℃，并在1kHz下同时测量电化学阻抗。

图7.Celgard 2400和P210/HP15之间的（a）放电倍率性能和（b）循环性能（1.0C）比较。（c）Celgard 2400和（d）P210/HP15（Li/膜和液体电解质/NCM622电池，3.0-4.2V，室温）在第1、50、100和200次循环时的充放电曲线。