高度安全對于在日益電氣化的世界中不斷追求高能量密度電池至關(guān)重要。傳統(tǒng)聚丙烯(PP)隔膜的熱不穩(wěn)定性和枝晶誘導(dǎo)問題通常會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部短路和熱失控。

西安交通大學(xué)延衛(wèi)、王嘉楠等將聚對苯二甲胺(PPTA)納米纖維涂覆在商用PP膜上，然后通過冷等離子體技術(shù)接枝含F(xiàn)基團(tuán)，構(gòu)建了一種熱穩(wěn)定且抗枝晶的隔膜（F-PPTA@PP），以同時(shí)提高LMB的電化學(xué)性能和在各種應(yīng)用場景中的穩(wěn)定性。

圖1. Li|| NCM811電池中PP和F-PPTA@PP隔膜的工作機(jī)制

3D熱紅外圖像驗(yàn)證了F-PPTA@PP隔膜的高熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的隔熱能力，可有效抑制隔膜的熱收縮和溫度分布不均勻?qū)е碌臒狳c(diǎn)形成。動(dòng)態(tài)鋰沉積過程直觀地表明，F(xiàn)修飾的PPTA保護(hù)層賦予了均勻的鋰成核/沉積行為，并抑制了不可控的枝晶生長。因此，采用F-PPTA@PP隔膜的Li||NCM811電池在0.5 C時(shí)顯示出194.1 mAh g^–1的高初始容量和超過1000次循環(huán)的穩(wěn)定循環(huán)性能。

圖2. 不同隔膜的電解液潤濕性和熱安全性

此外，其出色的電化學(xué)性能和耐久性也在各種惡劣條件下得到了證明，包括極端外部溫度、超快充電/放電速率、大質(zhì)量負(fù)載/貧電解質(zhì)條件，甚至在Li-S電池中。大規(guī)模制備（≈1.4 m）和在軟包電池（4×3 cm²）中的柔性應(yīng)用進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了這種F-PPTA@PP隔膜在可穿戴電子產(chǎn)品中的可行性。

作者預(yù)計(jì)，這種方法將先進(jìn)改性劑的物理性能與冷等離子體誘導(dǎo)的化學(xué)改性相結(jié)合，可以為開發(fā)使用過渡金屬氧化物正極和新興正極化學(xué)（如Li-金屬、Li/Na-S和金屬-空氣電池）的高安全和高能量密度存儲(chǔ)系統(tǒng)提供另一條途徑。

圖3. F-PPTA@PP隔膜的多功能性

Thermally Stable and Dendrite-Resistant Separators toward Highly Robust Lithium Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202206