Thermally stable 3D cross-linked fluorinated polyimide/PVDF-HFP hybrid separator for lithium battery applications

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作者
Zabish Bilew Muche,Yosef Nikodimos,Teshager Mekonnen Tekaligne,Semaw Kebede Merso,Tripti Agnihotri,Gashahun Gobena Serbessa,She‐Huang Wu,Wei‐Nien Su,Bing‐Joe Hwang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:476: 146400-146400 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.146400
摘要

Commercial Celgard 2325 separators suffer from poor flexibility, poor electrolyte wettability, and thermal instability, which can cause internal short circuits and thermal runaway in lithium rechargeable batteries. A novel 3D cross-linked and thermotolerant fluorinated polyimide (PI) / PVDF-HFP (PV) hybrid nanofiber separator rich in polar functional groups was fabricated using an electrospinning technique. PI and PV polymers are joined by a hydrogen bond through their exposed amide (–NH) and fluorinated (-CF) functional groups to build a supramolecular polymer cross-linked system. The separator exhibited high porosity (75 %), outstanding electrolyte uptake ability (775 %), strong mechanical properties (15.7 MPa), excellent thermal stability, and flexibility. As a result, the separator showed excellent Li+-conductivity (3.3 mS cm−1) and high Li+-transference number (tLi+ = 0.7) and maintained a proper-contacted electrolyte/electrode interaction for stable Li plating/stripping. Furthermore, when the PI/PV hybrid separator was applied in anode-free Li-metal batteries (a protocol of Cu/NMC cell), or Li-ion (MCMB /NMC) batteries, the cells achieved a high capacity and long lifetime. Remarkably, the Cu/NMC cell fabricated with a PI/PV hybrid separator is more robust and continues to function even after being heated at a high temperature of 140 °C for 1 h.
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