锂(Li)金属电池(LMAs)受到锂金属沉积结构不稳定的限制,引发了侵略性的电解液消耗,并带来了安全问题。调节Li金属沉积结构的根本解决方案取决于Li-电解质界面和电解质渗透隔膜基质的Li+离子通量的均匀性。
基于此,浦项科技大学Soojin Park报道了通过可扩展静电纺丝和镀液涂布,设计了一种双组分核壳结构聚合物隔膜,与以往的碳酸盐基液体电解质相比,这是一种实用、兼容、简单、高效的制备高性能LMA的方法。
文章要点
1)一种含有高铁电性(εr约为40)的poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene)([PVdF-TrFE-CTFE],以下简称PTC)的三维(3D)纤维毡能够实现锂离子的高迁移(tLi+约为0.75)和锂离子的易扩散动力学,而多功能钯层均匀地涂覆在PTC基体上以防止高极性三元共聚物的电解质溶解。
2)与传统的β-PVDF相比,PTC在压电响应力显微镜测量中表现出明显更高的灵敏度,当与PD层耦合时,加速了锂离子在隔膜中的扩散。
3)这种功能化的PTC(f-PTC)隔膜在工作电极上均匀而快速的锂离子通量有利于锂金属的非枝晶沉积,并且在恶劣循环条件下稳定运行锂-铜(Li-Cu)和锂-锂(Li-Li)电池(例如,3 mAh cm−2,9.0 mA cm−2)。
4)值得注意的是,在Li-LiFePO4电池中,f-PTC隔膜显著抑制了有害的化学交叉。此外,f-PTC隔膜保证了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NMC811)和LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NMC622)基薄锂金属(20或50µm)和有限电解液(3.0或6.0 g/Ah)的长期稳定运行,证明了其在高能量密度锂金属电池中的实用可行性。
参考文献
Jaegeon Ryu , Dong-Yeob Han , Dongki Hong , Soojin Park , A polymeric
separator membrane with chemoresistance and high Li-ionflux for high-energy-density lithium metal batteries, Energy Storage Materials (2021)
DOI:10.1016/j.ensm.2021.12.046
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.12.046