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聊城大學Lei Ding課題組--具有連接納米氧化鋁涂層的高性能鋰離子電池復合隔膜的低成本和大規模制造技術
        對高功率密度的不斷增長的需求改進了鋰離子電池。然而,隔膜較差的微孔結構和較差的相容性提高了鋰離子遷移障礙。基于β-晶聚丙烯(β-iPP)的空化,通過β-iPP和納米Al2O3的簡便擠出和雙向拉伸工藝制備了連接納米Al2O3涂層的隔膜。晶體結構和微孔形態診斷表明,適度的納米Al2O3含量細化了粗纖維并使雙軸拉伸后隔膜的孔徑分布均勻。此外,連接的納米Al2O3涂層保留在表面和內孔壁上,因為孔直接出現在納米Al2O3/β-iPP界面上,這使隔膜具有優異的電解質親和力。由于穩定的固體電解質界面形成和更高的鋰離子轉移數,組裝電池進一步表現出更好的庫倫倍率容量和循環穩定性。特別是,當納米Al2O3含量增加到6%時,復合隔膜具有最高的Li+遷移數0.53和100次循環后的放電容量保持率為88.7%。 這種簡便的制造技術同時改善了隔膜的多孔結構和電化學性能,為大規模低成本的高性能隔膜制造技術提供了實踐指導。
 
  
圖1.具有鑄造和順序雙軸拉伸工藝的設計工業生產線示意圖。
 
  
圖2。納米Al2O3和五種流延膜的SEM圖像:(a)納米Al2O 3,(b) PP-0,(c) PP-0.5,(d) PP-3,(e) PP-6和(f) PP-12。
 
  
圖3.五種微孔膜的表面和橫截面的SEM圖像和相應的鋁元素EDX映射:(a) PP-0,(b) PP-0.5,(c) PP-3,(d) PP-6和(e) PP-12 (1:表面形態,2:表面鋁元素分散,3:橫截面形態,和4:橫截面鋁元素分散)。
 
   
圖 4. 五種膜的孔徑分布:(a) PP-0、(b) PP-0.5、(c) PP-3、(d) PP-6、(e) PP-12 和 (f) Celgard  2400. (g) 順序雙軸拉伸過程中的孔形成機制示意圖。
 
  
圖 5. (a) 五種膜的拉伸實驗結果。(b)五種膜的DSC曲線。(c)在155°C下處理 20 分鐘后膜的尺寸變化。(d)在不同溫度下處理后兩種膜的熱收縮率。
 
  
圖 6. (a) 五種膜的水接觸角和電解質吸收。(b)雙SS電池的交流阻抗曲線。(c)極化前雙鋰電池的交流阻抗曲線。(d)五個膜的雙鋰電池的計時電流法掃描。(e)極化后雙鋰電池的交流阻抗譜。 (f)鋰離子遷移數和離子電導率。 (g)納米 Al2O3改性膜對鋰離子遷移的影響示意圖。不同天數后隔膜的交流阻抗曲線:(h)PP-0 和 (i)PP-6。
 
  
圖 7. (a) LiCoO2//隔膜電解質//Li 電池的 C 倍率放電能力. LiCoO2//隔膜-電解質//Li電池在不同電流密度下的放電曲線:(b)PP-0和(c)PP-6.(d) LiCoO2//隔膜-電解質//鋰電池的循環穩定性和相關庫侖效率。
  
          相關科研成果由聊城大學Lei Ding等人于2021年發表在ACS Applied Energy Materials(https://doi.org/10.1021/acsaem.1c03137)上。原文:Low-Cost and Large-Scale Fabricating Technology for High-Performance Lithium-Ion Battery Composite Separators with Connected Nano-Al2O3 Coating。

轉自《石墨烯研究》公眾號

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