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高柔性和多孔电池隔膜打造先进锂离子电池技术研究

导读: 研究人员基于具有优异的热稳定性、阻燃性以及优越的电解液润湿性的羟基磷灰石纳米线(HAP NW)合理设计和制备了一种高柔性和多孔的电池隔膜。

图2. PP隔膜、纯HAP隔膜和HAP/CF隔膜的热稳定性和阻燃特性

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(a) 隔膜的TG曲线;                    (b) 隔膜的DSC曲线;

(c)  隔膜在不同温度下的热收缩率(顶部:PP隔膜;中间:HAP隔膜;底部:HAP/CF隔膜);

(d) 将100 μL液体电解液滴在隔膜表面并点燃后隔膜的照片;

(e)和(f) PP隔膜的燃烧测试,(e) 点燃前,(f) 点燃后;

(g)和(h) HAP/CF隔膜的阻燃测试,(g) 加热前,(h) 加热后。

图3. 在室温下,电池的电化学性能测试

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(a) LiFePO4/ HAP/CF/ Li电池和LiFePO4/ PP /Li电池的循环性能;

(b) LiFePO4/ HAP/CF/ Li电池和LiFePO4/ PP /Li电池的倍率性能;

(c)  石墨/HAP/CF/ Li电池和石墨/ PP /Li电池的循环性能;

(d) 石墨/HAP/CF/ Li电池和石墨/ PP /Li电池的倍率性能;

(e)  LiFePO4/HAP/CF/石墨全电池和LiFePO4/PP/石墨全电池循环性能;

(f)  采用HAP/CF隔膜所组装的软包电池的数码照片。

图4. 采用HAP/CF隔膜所组装的LiFePO4/隔膜/Li电池在150℃的高温环境中的电化学性能

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(a) 采用HAP/CF隔膜和PP隔膜所组装的LiFePO4/隔膜/Li电池在150℃的高温环境中的开路电压-时间曲线;

(b) 用于高温环境中电化学性能测试的电池设备照片;

(c)  150℃高温环境中,采用HAP/CF隔膜和PP隔膜所组装的电池在2C倍率下的循环特性;

(d) 采用HAP/CF隔膜所组装电池的交流阻抗谱;

(e)  采用HAP/CF隔膜所组装的电池,在150℃的高温环境中正常工作的数码照片;

(f)  (e)的局部放大图。

【小结】

研究人员基于具有优异热稳定性、阻燃性以及优良电解液润湿性的羟基磷灰石纳米线制备了一种高柔性、多孔的耐高温阻燃电池隔膜。这种耐高温阻燃的电池隔膜,在具有高性能、高安全性的锂离子电池中具有广阔的应用前景。另外,羟基磷灰石纳米线基电池隔膜可以通过合理的设计和精确的调控实现多功能化,应用在其他储能系统中,例如钠离子电池、钾离子电池和超级电容器等。

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