DOI: 10.1021/acsami.1c00207
具有良好电解质润湿性、低收缩性能和高机械强度的隔膜是高效安全锂电池的理想选择。在这项研究中，通过静电纺丝包含两亲性聚（乙二醇）二丙烯酸酯接枝硅氧烷和聚丙烯腈的均质溶液制备了多功能纳米纤维膜。通过硅氧烷化学交联之后，所制备的纳米纤维膜表现出优异的力学性能、较高的热稳定性以及与水性和非水性电解质的良好亲和力。配备这种隔膜的锂金属电池具有很高的循环稳定性（1000次循环后库伦效率为99.8％）。此外，使用这些隔膜可以提高锂硫电池的循环稳定性。这些隔膜可进一步应用于柔性水性锂离子电池中，具有稳定的电化学性能。这项工作为设计可充电电池的多功能通用隔膜开辟了一条潜在的途径。
图1.TPT交联剂的合成示意图，通过静电纺丝TPT和PAN前体的混合溶液制备了CEN隔膜，然后在甲酸水溶液中进行交联反应。
图2.（A）所制备的CEN隔膜的照片。（B）CEN纳米纤维的FE-SEM图像。（C）CEN隔膜的横截面SEM图像。（D，E）CEN纳米纤维的纤维直径和孔径分布。CEN纳米纤维的平均纤维直径为500nm，孔径为600nm。（F）PEGDA、硫代硅氧烷和TPT的1H NMR。（G）分别为硫代硅氧烷、PEGDA、TPT和CEN的FTIR光谱。从1H NMR和FTIR光谱中可以看出，由于硫醇-烯反应，C=C键消失了，这证实了TPT的成功合成。
图3.（A-C）不同电解质在CEN和PP膜上的接触角（润湿）测试和弯曲液面特性。观察到CEN隔膜中EC/DMC、DOL/DME和H2O的接触角约为0°。3分钟后，以甲基橙为显色剂的电解质移动最远的距离，这意味着CEN隔膜具有优异的亲电性。但是，电解质不会在PP隔膜上上升。（D）CEN隔膜在交联之前和之后的应力-应变曲线，交联前后CEN隔膜的抗张强度分别为3.2和18.8MPa。（E）带有CEN和PP隔膜的Li//CEN//LiFePO4电池的OCV曲线，可以通过使用高热稳定性的CEN隔膜来获得稳定的OCV。（F）CEN隔膜和PP隔膜的红外辐射（温度记录）图像。CEN隔膜在160℃下具有出色的热稳定性，不会收缩和熔化。
图4.锂金属电池的电化学性能。（A）Li沉积在配备CEN和PP隔膜的Cu负极上的示意图，并且Li//CEN//Cu电池的均质Li离子通量有助于非树枝状Li沉积。相反，PP隔膜不均匀孔中的非均质锂离子通量会导致树枝状生长和短路。（B，C）分别使用PP和CEN隔膜的Li//Cu电池的第一次循环和第50次循环。（D）循环之前，Li//PP//LiFePO4和Li//CEN//LiFePO4电池的奈奎斯特图。（E）Li//CEN//LiFePO4电池的倍率性能显示不同速率下的高容量和良好的稳定性。（F）Li//CEN//LiFePO4和Li//PP//LiFePO4电池在0.3C下的循环性能。
图5.锂硫电池的电化学性能。用B3LYP泛函计算多硫化物与（A）Si−O−Si链、（B）EO链和（C）PAN链的结合能。（D，E）配备PP和CEN隔膜的Li//S电池在放电过程中的原位UV-vis研究。（F）不同电压下（D，E）中多硫化物的相应吸光度值。（G）Li//CEN//S电池在0.1C下的放电/充电电压曲线。（H）配备PP和CEN隔膜的Li-S电池在0.1C下循环300次的循环性能。
图6.ALIBs的电化学性能。（A）柔性LMO//CEN//LTP水性电池的配置。（B）LMO//CEN//LTP全电池在1C下的恒电流电压曲线。（C）LMO//CEN//LTP全电池的倍率性能。（D）配备CEN隔膜的LMO//CEN//LTP全电池在1C下循环200次的长期循环性能。（E）柔性LMO//CEN//LTP全电池可以在不同的弯曲角度下点亮三个LEDs的数码照片。
