对高功率密度的不断增长的需求改进了锂离子电池。然而，隔膜较差的微孔结构和较差的相容性提高了锂离子迁移障碍。基于β-晶聚丙烯（β-iPP）的空化，通过β-iPP和纳米Al₂O₃的简便挤出和双向拉伸工艺制备了连接纳米Al₂O₃涂层的隔膜。晶体结构和微孔形态诊断表明，适度的纳米Al₂O₃含量细化了粗纤维并使双轴拉伸后隔膜的孔径分布均匀。此外，连接的纳米Al₂O₃涂层保留在表面和内孔壁上，因为孔直接出现在纳米Al₂O₃/β-iPP界面上，这使隔膜具有优异的电解质亲和力。由于稳定的固体电解质界面形成和更高的锂离子转移数，组装电池进一步表现出更好的库伦倍率容量和循环稳定性。特别是，当纳米Al₂O₃含量增加到6%时，复合隔膜具有最高的Li⁺迁移数0.53和100次循环后的放电容量保持率为88.7%。 这种简便的制造技术同时改善了隔膜的多孔结构和电化学性能，为大规模低成本的高性能隔膜制造技术提供了实践指导。
 
  
图1.具有铸造和顺序双轴拉伸工艺的设计工业生产线示意图。
 
  
图2。纳米Al2O3和五种流延膜的SEM图像:(a)纳米Al₂O ₃，(b) PP-0，(c) PP-0.5，(d) PP-3，(e) PP-6和(f) PP-12。
 
  
图3.五种微孔膜的表面和横截面的SEM图像和相应的铝元素EDX映射:(a) PP-0，(b) PP-0.5，(c) PP-3，(d) PP-6和(e) PP-12 (1:表面形态，2:表面铝元素分散，3:横截面形态，和4:横截面铝元素分散)。
 
   
图 4. 五种膜的孔径分布：(a) PP-0、(b) PP-0.5、(c) PP-3、(d) PP-6、(e) PP-12 和 (f) Celgard  2400. (g) 顺序双轴拉伸过程中的孔形成机制示意图。
 
  
图 5. (a) 五种膜的拉伸实验结果。(b)五种膜的DSC曲线。(c)在155°C下处理 20 分钟后膜的尺寸变化。(d)在不同温度下处理后两种膜的热收缩率。
 
  
图 6. (a) 五种膜的水接触角和电解质吸收。(b)双SS电池的交流阻抗曲线。(c)极化前双锂电池的交流阻抗曲线。（d）五个膜的双锂电池的计时电流法扫描。(e)极化后双锂电池的交流阻抗谱。 (f)锂离子迁移数和离子电导率。 (g)纳米 Al₂O₃改性膜对锂离子迁移的影响示意图。不同天数后隔膜的交流阻抗曲线：(h)PP-0 和 (i)PP-6。
 
  
图 7. (a) LiCoO₂//隔膜电解质//Li 电池的 C 倍率放电能力. LiCoO₂//隔膜-电解质//Li电池在不同电流密度下的放电曲线：（b）PP-0和（c）PP-6.(d) LiCoO₂//隔膜-电解质//锂电池的循环稳定性和相关库仑效率。
  
          相关科研成果由聊城大学Lei Ding等人于2021年发表在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。

转自《石墨烯研究》公众号