DOI: 10.1016/j.est.2022.105324

构建稳定的硅/电解质界面以抑制硅颗粒的机械断裂和固体电解质界面层的重复形成仍然具有一定的挑战性。隔膜是锂离子电池的重要组成部分，然而，商用聚烯烃隔膜的热稳定性低且电解质润湿性差。在此，本文报道了一种聚酰亚胺隔膜，由于其高极性、出色的电解质吸收和减少的副反应，可实现硅负极的界面稳定。无粘合剂自支撑碳化硅（Si@C）纳米纤维复合材料是通过简单的静电纺丝方法和随后的热解设计的，其中硅纳米颗粒被限制在聚酰亚胺衍生的碳纳米纤维中，形成具有良好柔性的竹状形态。这种具有交联3D网络结构的柔性纳米纤维薄膜对于提高电池的能量密度、减缓新界面的生长以及避免电化学操作过程中已知的副反应问题非常重要。令人鼓舞的是，40%-Si@C复合材料显示出改善的储锂性能，在0.2A/g下具有1819.7mAh/g的高可逆容量、优异的倍率性能和循环稳定性，证明了薄膜电极和聚酰亚胺隔膜的优越性。总体而言，这项工作为稳定合金负极的界面电化学提供了新的见解，以开发下一代柔性储能装置。

图1.（a）采用静电纺丝工艺制备材料的示意图，（b,c）40%-Si@PAA和40%-Si@C的SEM图像（插图为材料的照片），（d-f）40%-Si@C的TEM和HRTEM图像；（g）相应的SAED图谱，（h）弯曲状态下40%-Si@C的照片，（i）40%-Si@C的HAADF-STEM图像以及C、N、O和Si元素映射。

图2.（a）15%-Si@C和40%-Si@C的XRD，（b）Raman，（c）TGA，（d）40%-Si@C的XPS，（e）高分辨率Si2p和（f）N1s光谱。

图3.（a,b）PE和PI隔膜的SEM照片（插图：自上而下的照片显示了电解质润湿行为），PE（c）和PI（d）的液体电解质动态接触角（DCA），（e）PE和PI隔膜的热收缩率，（f）含PE和PI隔膜的SS/隔膜/SS电池的奈奎斯特图，（g）PE和PI隔膜的LSV曲线，（h）200℃处理前后PI隔膜的FTIR光谱。

图4.PE（左）和PI（右）隔膜在不同温度下的热成像。

图5.（a,b）40%-Si@C-PE隔膜和40%-Si@C-PI隔膜在0.2A/g下的恒电流充电-放电电压曲线，（c,d）15%-Si@C-PE隔膜、40%-Si@C-PE隔膜和40%-Si@C-PI隔膜的循环性能及倍率性能，（e）不同循环的40%-Si@C-PI隔膜的DCPs（电极首先在0.2A/g下循环10次），（f）40%-Si@C-PI隔膜在0.1mV/s下的CV曲线。

图6.（a,b）使用不同隔膜时，40%-Si@C薄膜电极循环100次前后的EIS；使用PE隔膜（c,d）和PI隔膜（e,f）时，40%-Si@C电极循环100次后的SEM，插图为循环电极的照片。

图7.（a）40%-Si@C-PI隔膜在不同扫描速率下的CV曲线，（b）阴极和阳极峰值电流的b值测定。