隔膜中鋰離子的微觀傳輸方式對于解決鋰枝晶不規(guī)則生長問題，從而提升電池工作的安全性至關(guān)重要，對電池的電化學(xué)性能也有積極的影響。此外，隔膜的耐熱性是衡量隔膜性能和電池使用安全性的重要指標(biāo)。在本工作中，我們通過易于實現(xiàn)的NIPS將磺化和鋰化的埃洛石納米管引入到耐高溫的OPBI基質(zhì)中，得到具有多種鋰離子微傳輸形貌的耐高溫隔膜。鋰離子可以穿梭于埃洛石納米管孔道、表面帶負(fù)電的磺酸基以及NIPS在隔膜內(nèi)部形成的更大的指狀孔道中，產(chǎn)生高而均勻的鋰離子通量，防止過多的局部離子流導(dǎo)致鋰枝晶的過度生長。根據(jù)表征數(shù)據(jù)，該隔膜表現(xiàn)出較為令人滿意的性能，如離子電導(dǎo)率為1.82 mS cm 1、孔隙率為82 %、電解液吸收率為397 %、在200 ℃時無明顯物理收縮。此外，采用OPBI@sHNT-Li20隔膜組裝的電池具有更高的放電容量（164.92 mAh·g 1）、循環(huán)更穩(wěn)定、倍率性能優(yōu)越。因此，OPBI@sHNT-Li隔膜有望在提高鋰離子電池的安全性和電化學(xué)性能方面發(fā)揮積極作用。
圖 1. （a）OPBI@sHNT-Li復(fù)合隔膜的制備過程（b）OPBI@sHNT-Li復(fù)合隔膜在電池內(nèi)部的作用機理。
圖 2. （a）HNTs、sHNT-Li的TGA曲線和（b）FT-IR光譜；（c）隔膜的TGA曲線；（d）OPBI、OPBI@sHNT-Li20隔膜和sHNT-Li的FT-IR光譜。
圖3. 隔膜的 (a-c, j-l) 頂面、(d-f, m-o) 底面和 (g-i, p-r) 橫截面的 SEM 圖像。
圖 4. （a）OPBI@sHNT-Li20復(fù)合隔膜的折疊、彎曲、扭曲和恢復(fù)圖像；（b）電解質(zhì)潤濕圖像和（c）隔膜的接觸角圖像。
圖 5. （a）隔膜在不同溫度下放置1小時后的圖像；（b）隔膜燃燒實驗。
圖6. （a）隔膜夾在兩塊鋼板之間組裝的電池的交流阻抗；（b）夾在兩個鋰電極之間的對稱電池隔膜的界面電阻；（c）隔膜夾在 LiFePO4 正極和鋼板之間組裝的電池的 LSV；（d）Li/隔膜/Li 的鋰沉積/剝離循環(huán)穩(wěn)定性。
圖 7. (a) 純鋰板的 SEM 圖像；(b d) 電池經(jīng)過 200 次循環(huán)后獲得的鋰陽極 SEM 圖像；(e) 電池內(nèi)鋰枝晶生長的示意圖。
圖 8. 使用 (a) PP 和 (b) OPBI@sHNT-Li20 隔膜組裝的電池的充放電曲線；(c) LiPO4/Li 電池的循環(huán)性能和 (d) 倍率能力。
圖 9. 用 PP 和 OPBI@sHNT-Li 隔膜組裝的電池在（a）50 °C、0.5 C 和（b）90 °C、0.5 C 下的循環(huán)穩(wěn)定性。
相關(guān)科研成果由深圳大學(xué)Lei Wang, 深圳市計量質(zhì)量檢測研究院電子電器檢測所Bin Zhang等人于2024年發(fā)表在Journal of Membrane Science（https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123417）上。原文：Multi-channeled halloysite nanotube-blended polybenzimidazole separators for enhancing lithium-ion battery performance
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123417
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
