Multifunctional Polyimide Separator Enabling the Long-Life Operation of Sodium Ion Batteries at Elevated Temperatures

聚酰亚胺 分离器(采油) 材料科学 离子 化学工程 无机化学 冶金 纳米技术 化学 有机化学 图层(电子) 工程类 物理 热力学
作者
Li Du,Gaojie Xu,Zengqi Zhang,Xiaofan Du,Guohong Kang,Yuhan Zhang,Bin Xie,Xiangchun Zhuang,Jinzhi Wang,Tiantian Dong,Chuanchuan Li,Qi Zhang,Jiangwei Ju,Huanrui Zhang,Shanmu Dong,Gang Zhou,Guanglei Cui
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (8): 3941-3951 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c00866
摘要

Sodium-ion batteries (SIBs) with NaPF6-carbonate electrolytes exhibit compromised high-temperature cycling stability due to NaPF6 thermal degradation and solid electrolyte interphase dissolution. Herein, a polyimide (PI) separator significantly enhances the cycling performance of HC||NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 SIBs, achieving 80.9% capacity retention after 1500 cycles (30 °C), 80.0% after 1200 cycles (50 °C), and 70.3% after 500 cycles (90 °C). Mechanistic studies reveal that PI’s imide groups deactivate PF5, inhibiting corrosive HF formation and consequently alleviating the dissolution of TMs from the NFM cathode at high temperatures. The PI separator further regulates the Na+ solvation structure, promoting a stable electrode/electrolyte interphase and reducing continuous electrolyte decomposition. Accelerating rate calorimetry tests confirm improved thermal safety in 1 Ah pouch cells with PI separators compared to conventional polyolefin separators. This study highlights the critical role of multifunctional separators in enabling high-performance SIBs under extreme conditions, offering a promising approach to enhance both cycling stability and safety.
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