DOI: 10.1016/j.memsci.2022.121120

低维纳米材料隔膜由于其较高的孔隙率和较薄的厚度，被认为是下一代锂离子电池隔膜的理想选择。对于聚烯烃材料，没有合适的溶剂进行溶液静电纺丝，熔融静电纺丝的产率低，且熔喷纤维的尺寸大，使得高效制备聚烯烃低维纳米材料存在一定的挑战性。此外，聚烯烃材料的电解质润湿性差，热稳定性不足。在此，研究者采用一种高效的纳米层共挤出技术制备了聚丙烯（PP）纳米带（NBs），将其作为支撑骨架，以有效抑制天然纤维素隔膜在脱水过程中的收缩，并且纤维素纤维具有优化的孔径，可防止内部短路。结果表明，所制备的夹层结构PPNBs/纤维素复合隔膜（PPNBs/CS）具有优异的孔隙率（78.4%）和离子电导率（1.04%mS/cm） 。同时，由于PPNBs和纤维素纤维之间的协同作用，其热稳定性、电解质吸收和拉伸强度均显著提高。更重要的是，LiFePO4||PPNBs/CSs||LM半电池表现出比Celgard®2400更好的倍率性能和循环耐久性。同样，由PPNBs/CS-1/2组装而成的NCM811||LM半电池和NCM811||石墨全电池也表现出良好的电化学性能。总体而言，这项工作为高性能锂离子电池隔膜的批量制备开辟了一条新的途径。

图1.纳米层共挤出的示意图。

图2.PPNBs/CSs的制备和PPNBs改性纤维素隔膜的机理示意图。

图3.（a）具有不同组分比的PPNBs/CSs的照片；不同放大倍数下（b,c）PPNBs、（d）纤维素纤维以及PPNBs/CS-1/2（e）外表面、（f）内部和（g）横截面的形态学检查。

图4.（a）各种隔膜的热尺寸稳定性；（b）PPNBs和PPNBs/CSs的DSC曲线；（c）PPNBs、PPNBs/CSs和纤维素隔膜的TGA。

图5.（a）5s后各种隔膜的电解质润湿面积；（b）Celgard®2400和（c）PPNBs/CS-1/2表面上的电解质接触角；（d）不同隔膜的电解质吸收。

图6.（a）各种隔膜的应力-应变曲线；（b）Celgard®2400；MD和TD分别表示纵向和横向拉伸强度。

图7.（a）SS||分离器||SS电池的EISs；（b）SS||隔膜||LM电池的LSV；（c）LM||隔膜||LM电池的EISs；（d）0.1C下的首次充电/放电曲线。

图8.（a）LiFePO4||隔膜||LM电池的倍率性能，（b）1C下的循环耐久性，以及（C）不同电流密度下的放电曲线。

图9.（a）Celgard®2400和PPNBs/CS-1/2隔膜的Li+沉积示意图。（b）Li/Li对称电池的电化学性能。

图10.（a）NCM811||隔膜||LM半电池的首次充电/放电曲线，（b）倍率性能，以及（c）1C下的循环耐久性，（d）NCM811||隔膜||石墨全电池的电池性能（N/P=1.2），（e）由NCM811||PPNBs/CS-1/2||石墨全电池供电的红色LED灯板的数字照片。