原位构建PI/SiO2复合隔膜用作锂离子电池隔膜

北京化工大学齐胜利Chem. Eng. J.：原位构建PI/SiO2复合隔膜用作锂离子电池隔膜

DOI: 10.1016/j.cej.2021.129992

出于对高安全性储能装置的需求，本文报道了一种新型高性能核/壳结构PI/SiO2无机-有机复合隔膜。该聚合物隔膜具有良好的阻燃性、较强的力学性能、较好的热稳定性和较高的离子传输效率。与传统的陶瓷改性隔膜不同，这种杂化隔膜是通过原位纳米封装水解制备而成的。选择原硅酸四丁酯（TBOS）作为SiO2的前体涂覆在PI纳米纤维表面上，这使得水解二氧化硅具有较高的保留率，形成了致密/均匀的涂层。由于形成了二氧化硅纳米壳，PI/SiO2纳米纤维隔膜的拉伸强度高达73.69Mpa，接触角仅为6.8°，在378℃下具有良好的热稳定性。配备复合隔膜的NCM811半电池在5C时显示出146mAh·g-1的巨大容量，这比使用原始PI隔膜和Celgard-2400隔膜的电池要好得多。配备PI/SiO2隔膜的电池在100次循环期间具有优异的循环稳定性，几乎没有能量衰减。这项研究为制备高性能不可燃有机-无机复合隔膜提供了新的策略。

图1.通过原位纳米封装水解方法对PI纳米纤维隔膜进行表面SiO2纳米封装。（a）PI/SiO2纳米纤维隔膜的示意图。（b）PI/SiO2和PI隔膜之间的性能对比。（c）通过原位纳米封装水解技术制备PI/SiO2复合隔膜的流程图。

图2.（a）PI/SiO2复合隔膜的SEM照片。（b）原始PI隔膜的SEM照片。（c）PI/SiO2纳米纤维和（d）原始PI纳米纤维的TEM照片。（e）PI/SiO2纳米纤维隔膜横截面的SEM图片。（f）PI和PI/SiO2纳米纤维隔膜的XPS表征。（g）PAA、PAA+TBOS、PI隔膜和PI/SiO2隔膜的FTIR图像。（h）PI/SiO2纳米纤维的EDS图像。

图3.PI/SiO2纳米纤维隔膜的机械特性和润湿性。（a）PI纳米纤维和PI/SiO2纳米纤维的机械强度图。（b）PI/SiO2复合隔膜优异柔性的展示。（c）三种隔膜的电解质接触角测试。（d）图片描绘了渗透过程。

图4.（a）PI/SiO2纳米纤维隔膜的热性能。（b）分别显示Celgard-2400隔膜、PI隔膜和PI/SiO2复合隔膜热稳定性的数字图片。（c-e）分别显示Celgard-2400隔膜、PI隔膜和PI/SiO2纳米纤维隔膜阻燃性的数码照片。

图5.在25℃下进行的电池性能测试。（a）0.1C下的充放电图，（b）5C下的充放电图，（c）充放电倍率性能，（d）1C下的循环性能，（e，f）PI和原位纳米封装水解PI/SiO2纳米纤维隔膜提高Li+传输效率的机理。

来源：易丝帮