商用聚烯烴隔膜由于熱穩(wěn)定性差，經(jīng)常導(dǎo)致鋰離子電池爆炸和熱失控。 因此，各種具有高熱穩(wěn)定性的聚合物隔膜引起了研究人員的關(guān)注。本文通過在靜電紡絲前向PAA溶液中加入一定含量的納米TiO
2顆粒，制備了一種特殊的納米TiO
2/聚酰亞胺（TiO
2@PI）復(fù)合隔膜。 發(fā)現(xiàn)添加的TiO
2陶瓷顆粒大大提高了隔膜的阻燃性能，同時抑制了鋰枝晶，防止了電池內(nèi)部短路。結(jié)果，通過連接直徑約500 nm的球形珠子，形成了由TiO
2濃度為5.0 wt%的紡絲溶液制備的TiO
2@PI納米纖維隔膜（5.0-TiO
2@PI），極大地抑制了鋰枝晶。它具有更好的性能，例如電解質(zhì)吸收率（721%）和離子電導(dǎo)率（2.52 mS cm
-1）?；?.0-TiO
2@PI納米纖維隔膜的LiCoO
2/Li電池即使在4 C的電流密度下也具有更高的放電容量，優(yōu)于PE隔膜。這種5.0-TiO
2@PI納米纖維隔膜的使用對高能量密度電池的安全具有啟發(fā)意義。
圖1 納米二氧化鈦/聚酰亞胺（TiO
2@PI）復(fù)合隔膜的制備流程圖（a）和反應(yīng)方程式（b、c）。
圖 2 5.0-TiO
2@PI復(fù)合膜的XRD圖譜。
圖 3 純 PI 膜 (a, e)、1.5-TiO
2@PI (b, f)、3.5-TiO
2@PI (c, g) 和 5.0-TiO
2@PI (d, h) 復(fù)合膜的 SEM 和 鋰枝晶在鋰離子電池中的生長示意圖（i）。
圖4 . PE隔膜、PI膜、1.5-TiO
2@PI、3.5-TiO
2@PI、5.0-TiO
2@PI復(fù)合膜（從左到右）前（上）后（下）160℃加熱0.5h（a）; PE隔膜、PI膜和5.0-TiO
2@PI復(fù)合膜的TG曲線（b）。
圖5 PE隔膜 (a-c)、PI膜(d-f)和5.0-TiO
2@PI 復(fù)合膜 (g-i) 的燃燒實(shí)驗(yàn)。
圖 6. PI 膜 (a) 與 1.5-TiO
2@PI (b)、3.5-TiO
2@PI (c) 和 5.0-TiO
2@PI (d) 復(fù)合膜與電解質(zhì)的接觸角。
圖 7. 電化學(xué)穩(wěn)定性 (a)、恒流充放電循環(huán)曲線 (b)、LiCoO
2||Li 電池的電化學(xué)阻抗譜 (c) 和 SS||SS 電池的奈奎斯特圖 (d) 與PI隔板和1.5- TiO
2@PI、3.5-TiO
2@PI和5.0-TiO
2@PI 復(fù)合隔膜。
圖 8. 使用不同 PI 隔膜組裝的 LiCoO
2||Li 電池的循環(huán)性能 (a) 和倍率性能 (b)。
相關(guān)研究成果由南京航空航天大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院Jianping He等人2022年發(fā)表在ACS Applied Polymer Materials (https://doi.org/10.1021/acsapm.2c00645)上。原文：Flame-Retardant Nano-TiO2/Polyimide Composite Separator for the Safety of a Lithium-Ion Battery。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
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