Ultralight and fire-extinguishing current collectors for high-energy and high-safety lithium-ion batteries

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作者
Yusheng Ye,Lien‐Yang Chou,Yayuan Liu,Hansen Wang,Hiang Kwee Lee,Wenxiao Huang,Jiayu Wan,Kai Liu,Guangmin Zhou,Yufei Yang,Ankun Yang,Xin Xiao,Xin Gao,David Boyle,Hao Chen,Wenbo Zhang,Sang Cheol Kim,Yi Cui
出处
期刊:Nature Energy [Springer Nature]
卷期号:5 (10): 786-793 被引量:211
标识
DOI:10.1038/s41560-020-00702-8
摘要

Inactive components and safety hazards are two critical challenges in realizing high-energy lithium-ion batteries. Metal foil current collectors with high density are typically an integrated part of lithium-ion batteries yet deliver no capacity. Meanwhile, high-energy batteries can entail increased fire safety issues. Here we report a composite current collector design that simultaneously minimizes the ‘dead weight’ within the cell and improves fire safety. An ultralight polyimide-based current collector (9 μm thick, specific mass 1.54 mg cm−2) is prepared by sandwiching a polyimide embedded with triphenyl phosphate flame retardant between two superthin Cu layers (~500 nm). Compared to lithium-ion batteries assembled with the thinnest commercial metal foil current collectors (~6 µm), batteries equipped with our composite current collectors can realize a 16–26% improvement in specific energy and rapidly self-extinguish fires under extreme conditions such as short circuits and thermal runaway. Batteries need to be energy-dense as well as safe. Yi Cui and team develop an ultralight polyimide-based current collector with embedded fire retardants that enables lithium-ion batteries with much-enhanced safety and energy density.
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