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重要。傳統(tǒng)聚丙烯(PP)隔膜的熱不穩(wěn)定性和枝晶誘導問題通常會導致電池內部短路和熱失控。

西安交通大學延衛(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接枝含F(xiàn)基團，構建了一種熱穩(wěn)定且抗枝晶的隔膜（F-PPTA@PP），以同時提高LMB的電化學性能和在各種應用場景中的穩(wěn)定性。

圖1. Li|| NCM811電池中PP和F-PPTA@PP隔膜的工作機制

3D熱紅外圖像驗證了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導致的熱點形成。動態(tài)鋰沉積過程直觀地表明，F(xiàn)修飾的PPTA保護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、大質量負載/貧電解質條件，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）中的柔性應用進一步強調了這種F-PPTA@PP隔膜在可穿戴電子產品中的可行性。

作者預計，這種方法將先進改性劑的物理性能與冷等離子體誘導的化學改性相結合，可以為開發(fā)使用過渡金屬氧化物正極和新興正極化學（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