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中国矿业大学俞和胜Chem. Eng. Sci.:电纺纳米纤维氧化还原活性隔膜的制备及其在锂离子电池

2022-10-21   易丝帮

隔膜是锂离子电池(LIB)的关键部件,氧化还原活性隔膜可以通过参与电池反应来提高锂离子电池的容量。本文报道了一种通过静电纺丝和原位聚合制备而成的基于Fe(CN)64-掺杂聚吡咯(PPy)复合纳米纤维的氧化还原活性隔膜。该隔膜由一层聚丙烯腈(PAN)@掺杂PPy核壳结构纳米纤维和一层PAN纳米纤维组成。优化后的氧化还原活性隔膜的孔隙率、电解质吸收率和离子电导率分别为79.3±7.1%、294.6±31.5%和1.57±0.06mS∙cm-1。这些值分别大于市售PP隔膜的41%、81.5±17.4%和0.75±0.02mS∙cm-1。因此,在2.0-0.2C下,配备氧化还原活性隔膜的电池的放电容量高达158.7-227.0mAh∙g-1,优于传统的惰性隔膜。电池容量的提高来自于掺杂PPy聚合物的氧化还原活性,这可以从循环伏安法中更宽的阴极和阳极峰得到证明。此外,使用氧化还原活性隔膜的电池显示出高达103.0mAh∙g-1的重量能量密度,比商用PP隔膜和文献中报道的氧化还原活性隔膜分别高出56.1%和27.2%。

 

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图1.氧化还原活性隔膜的制备过程示意图。


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图2.(a)制备的氧化还原活性隔膜的照片。(b-c)隔膜惰性侧的SEM图像。(d-f)隔膜氧化还原活性侧的SEM图像。


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图3.电纺PAN和PAN@PPy纳米纤维的FTIR光谱。


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图4.(a-b)电纺PAN惰性侧和(c-d)PAN@PPy氧化还原活性侧的纤维尺寸和孔径尺寸分布。


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图5.(a)配备不同隔膜的对称电池的典型奈奎斯特图。(b)本研究中使用的不同隔膜的DSC热图。


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图6.(a-c)在160℃下热辐射1小时之前和(d-f)之后,氧化还原活性隔膜、电纺PAN隔膜和市售PP隔膜的数码照片。


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图7.氧化还原活性隔膜和电纺PAN隔膜的典型应力-应变曲线。


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图8.含不同隔膜的Li/LiFePO4电池的电池性能。(a)第一次循环充电/放电曲线,(b)循环伏安图,(c)倍率性能,(d)循环稳定性。


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图9.含有(a)常规隔膜和(b)氧化还原活性隔膜的LFP/Li电池的示意图。

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