Novel ZrO2@Polyimde nano-microspheres-coated polyethylene separators for high energy density and high safety Li-ion battery

材料科学 分离器(采油) 热稳定性 复合数 润湿 聚乙烯 复合材料 陶瓷 化学工程 电解质 热力学 物理化学 电极 化学 物理 工程类
作者
Zhaoyi Wang,Xiaogang Li,Nanxi Dong,Bingxue Liu,Guofeng Tian,Shengli Qi,Dezhen Wu
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:30: 101155-101155 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2022.101155
摘要

Due to the low melting point and non-polarity of polyethylene (PE), the commercially available PE microporous separator intrinsically has poor thermostability above 100 °C and inferior wettability, limiting the development of lithium-ion batteries (LIBs). Herein, a novel PE composite separator coated by high-temperature [email protected] core–shell nano-microspheres (ZrO2@PI nano-microspheres) was designed, producing (ZrO2@PI)/PE separator with thermal stability, wettability, and flame retardancy. On account of the ZrO2 shell nanoencapsulation, the hydrophilicity of PI nano-microspheres has been dramatically improved, which can enhance the electrolyte wettability of the composite separator, and the prepared (ZrO2@PI)/PE separator displays enhanced thermal dimensional stability, maintaining its original shape with negligible shrinkage at 150 °C. Furthermore, different from the commercial Al2O3 ceramic-coated separators, the (ZrO2@PI)/PE separators possess lower areal density, which is only half as much as the Al2O3/PE separators. Besides, the half-cell assembled with this (ZrO2@PI)/PE separator shows a comparable capacity of 156.9 mAh·g−1 at 5 C to PE separator (118.4 mAh·g−1). Meanwhile, the cells assembled with (ZrO2@PI)/PE separator demonstrate enhanced cycle performance and thermal safety performance and can work continuously for 109 min at 140 °C, which has enormous improvement compared with the PE-separator-equipped cell (i.e., 21 min). The above results manifest that the (ZrO2@PI)/PE separator prepared in this work furnishes LIBs with high safety and electrochemical performance, promising new-generation high energy density and high security LIBs.
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