A porous ceramic separator prepared from natural minerals: Research on the mechanism of high liquid absorption and electrochemical properties of mineral material separator

分离器(采油) 材料科学 陶瓷 多孔性 电解质 热稳定性 化学工程 矿物学 复合材料 化学 电极 热力学 物理 工程类 物理化学
作者
Haonan Wang,Ce Liang,Ye Li,Zehai Zhang,Hongyang Wang,Bing Xue
出处
期刊:Materials Chemistry and Physics [Elsevier]
卷期号:272: 125032-125032 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.matchemphys.2021.125032
摘要

Using three natural minerals (albite, quartz, and kaolinite) as raw materials, ammonium bicarbonate as a pore former, solid-phase sintering method is used to prepare porous ceramic separators for lithium-ion batteries. The porous ceramic separator has excellent thermal stability with the thermal stability temperature of 1100 °C. Rich three-dimensional pore structure and higher porosity (56.98%) of porous ceramic separator is beneficial to fast Li + transport. Density functional theory calculation reveals that the lone pair electrons on the surface of albite and quartz (main components of porous ceramic) play an important role on the adsorption of electrolyte. The smaller electrolyte adsorption energies of albite and quartz (−2.48 eV and −0.18 eV) than commercial PP separator (−0.06 eV) promote the electrolyte affinity and the electrolyte uptake for porous ceramic separator. The cell assembled with the porous ceramic separator shows very good cycle performance and remarkable rate capability. When the charge/discharge rate is 10 C, the discharge specific capacity of the cell with porous ceramic separator can reach 91.31 mAh g −1 , which is 46% higher than that of the cell with commercial PP separator (62.54 mAh g −1 ). Therefore, porous ceramic separators have broad application prospects in lithium-ion batteries that require high-power charging and discharging. • A porous ceramic separator for lithium ion batteries was prepared from natural minerals. • The assembled battery has excellent capacity and cycle stability at high current density (10C). • Using DFT to explain the reason why porous ceramic separator has excellent liquid absorption performance.
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