锂离子电池（LIBs）被广泛认为是主要的能量存储设备，在包括便携式电动汽车和固定式储能系统在内的各种应用中发挥着关键作用[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]。然而，在恶劣条件下，储存在LIBs中的化学能量可能会迅速释放，可能导致火灾或爆炸[[9], [10], [11]]。LIBs的安全性是一个关键问题，因为它对人类健康构成潜在威胁。隔膜作为分隔正负极的组件，被认为是影响电池安全性的关键因素[[12], [13], [14]]。
目前，LIBs中最常用的隔膜是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和PE/PP复合材料。商用隔膜面临的主要挑战包括孔隙率低、电解质润湿性差、热稳定性不足和易燃性高[15,16]。随着电池内部温度升高并接近熔点，商用隔膜开始收缩，最终导致正负极直接接触，可能引发内部短路[17]。使用无机材料进行表面改性是提高商用隔膜热稳定性的常用方法[[18], [19], [20], [21]]。但由于隔膜基体未发生变化，耐热性的提升受到限制。因此，研究人员将重点转向了耐热隔膜的开发[[22]]。具体而言，已经报道了多种聚合物材料，包括聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚氨酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。王等人提出了一种制备交联聚酰亚胺（c-PI）纤维耐热膜的可扩展方法[[23]]。蔡等人将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯与PI混合，制备了电纺隔膜，从而提高了机械强度、电解质吸收率、离子导电性和热稳定性[[24]]。
聚（间）苯二甲酰胺（PMIA）是一种主链中含有间型苯酰胺键的聚合物，因此在400°C以下具有极佳的热稳定性和31.3 MPa的高机械强度[[25], [26], [27]]。因此，使用PMIA隔膜可以有效防止因隔膜收缩引起的内部短路。电纺技术已成为制备具有可控成分和结构的功能性纳米纤维隔膜的常用且具有吸引力的方法[[28], [29], [30]]。电纺纳米纤维隔膜具有相互连接的多孔结构和高孔隙率，能够吸收大量液态电解质并提供有效的导电路径，从而实现高离子导电性和优异的电化学性能。因此，基于PMIA的纳米纤维隔膜有望提升电池的电化学性能和安全性。
在电池运行过程中，不当处理或极端条件可能引发一系列不受控制的化学反应。这些反应会迅速导致电池内部热量积聚，引起温度急剧上升，可能引发热失控（TR）[[31], [32], [33], [34], [35]]，最终可能导致燃烧甚至爆炸[[36]]。在这种情况下，会生成大量自由基（如·OH和H·），进一步加速燃烧过程[[37], [38], [39]]。基于磷的阻燃剂在此过程中起着关键作用，因为它们具有优异的自由基捕获能力。这些阻燃剂在高温下分解时会产生PO·和P·自由基，有效中和·OH和H·自由基，从而抑制链式燃烧反应。因此，将磷基阻燃剂加入电池隔膜中对提升电池安全性具有巨大潜力。然而，当前的研究主要集中在通过隔膜设计来提高电化学性能，往往忽视了提升热安全性的潜力。为了全面提高电池的性能和安全性，未来的研究应更加重视隔膜在热管理和安全保护中的作用[[40,41]]。
在本研究中，我们使用电纺技术制备了阻燃的基于PMIA的纳米纤维隔膜。由于聚磷氮烷（PZS）的主链中交替含有磷和氮单元，并且每个磷原子上连接有两个有机侧基团，因此其具有很高的阻燃性。此外，在PZS表面沉积了亲锂的TiO2和SiO2涂层，形成Ti@P和Si@P结构，并将其融入PMIA隔膜中。研究发现，Ti@P@PMIA和Si@P@PMIA隔膜的离子导电性、电解质吸收率、孔隙率和自熄灭时间得到了改善。值得注意的是，使用Ti@P@PMIA和Si@P@PMIA隔膜的电池在循环性能和倍率性能上也有显著提升。与Celgard电池相比，使用这些隔膜的电池具有更低的TR起始温度和更长的TR持续时间。此外，这些设计的隔膜在抑制锂枝晶生长方面也表现出更好的效果。
