DOI: 10.1016/j.jcis.2023.01.033

由隔膜构建的离子传输通道对于锂离子电池的实际性能至关重要，包括高电流下的循环稳定性和高倍率性能。传统的聚烯烃隔膜是储存电解质的，它保证了内部的离子传输过程。然而，其与电解质的弱相互作用和低阳离子传输能力限制了锂离子电池在大电流下的应用。本研究采用同轴电纺丝技术，制备了一种由聚丙烯腈（PAN）核和聚偏氟乙烯（PVDF）壳组成的核壳结构聚丙烯腈（PAN）/聚偏二氟乙烯（PVF）纳米纤维隔膜。结果表明，PAN/PPVDF纳米纤维隔膜的机械强度从PVDF的0.6MPa提高到PAN核的3.6MPa。此外，PAN/PVDF纳米纤维隔膜显示出改善的锂离子迁移数（0.66），这是由于PVDF壳的F官能团所致。据信，锂离子与F官能团之间的相互作用可以构建快速的离子传输通道。与使用原始PVDF、PAN隔膜和聚乙烯（PE）隔膜的电池相比，用PAN/PVDF组装的LiCoO2/Li半电池表现出更高的放电容量（5C）。值得一提的是，配备PAN/PVDF隔膜的电池也具有优异的循环稳定性。综上，本研究为高性能锂基电池隔膜设计策略提供了一个新的思路。

图1.PAN/PVDF纳米纤维隔膜的制备流程图。

图2.纳米纤维隔膜的微观结构（PVDF（a,d）、PAN（b,e）和PAN/PVDF（c,f））和纤维直径统计（g-i）。

图3.PAN/PVDF纳米纤维的TEM图像（a）；PAN/PVDF纳米纤维膜横截面的SEM照片（b）；PAN/PVDF纳米纤维横截面的SEM照片（c）；PVDF、PAN和PAN/PVDF纳米纤维膜的XRD（d）；PAN/PVDF纳米纤维的EDS映射图像（e-h）。

图4.隔膜的机械强度和热稳定性。PVDF、PAN和PAN/PVDF纳米纤维膜的机械强度（a）。PVDF纳米纤维表面电荷生成示意图（b）。显示PVDF、PAN、PAN/PVDF纳米纤维和PE隔膜热稳定性的光学照片（c）。热处理前后PVDF、PAN、PAN/PVDF纳米纤维和PE隔膜的微观形貌（d）。

图5.四种隔膜的电解质（a-d）和水（e-h）接触角、孔隙率（i）以及电解质吸收率（j）。

图6.PVDF、PAN、PAN/PVDF隔膜和PE隔膜的电化学性能。电化学窗口（a）、离子电导率（b）、锂离子迁移数（c）、由斜率获得的活化能（d）以及浸泡在电解质中的PAN/PVDF隔膜的示意图（e）。

图7.配备四种不同隔膜的电池在不同电流密度下的恒流充放电曲线。

图8.10次循环（a-h）和50次循环（i-p）（0.5mA/cm2，0.5mAh/cm2）后沉积在Cu集电器上的Li金属的形态。

图9.基于PVDF、PAN、PAN/PVDF隔膜和PE隔膜的LiCoO2/Li半电池的电池性能。EIS谱（a），循环性能（b）和倍率性能（c）。

图10.由PAN/PVDF（a）和PE（b）隔膜构建的锂离子迁移通道。