An Ammonium Polyphosphate Nanoparticle‐Based Flame‐Retardant Separator Enhances Safety of Lithium‐Metal Batteries

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作者
Quanwei Xu,Sha Cheng,Wenxi Hu,Cheng Huang,Wenlong Shao,Dongsheng Liu,Wei Jin,Kaiyuan Li,Ya You,Pengchao Zhang,Wen Chen
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:10 (3): e01748-e01748
标识
DOI:10.1002/smtd.202501748
摘要

Flame-retardant separators present a viable strategy to address safety concerns in lithium-metal batteries (LMBs). However, the high loading and inhomogeneous distribution of flame-retardant microparticles within these separators can significantly impede ion transport, thereby degrading the electrochemical performance of LMBs. Herein, a nanoparticle-based flame-retardant separator is reported that exhibits enhanced flame-retardant efficiency and high cycling stability for LMBs. The separator consists of a nanoporous poly(vinylidene fluoride) (PVDF) matrix and uniformly dispersed ammonium polyphosphate (APP) nanoparticles (151 ± 27 nm, 10 wt.% loading). The nano-sized APP facilitates the formation of a uniform and intact char layer from the PVDF matrix at lower temperatures, thereby enhancing its barrier effect. Consequently, in pouch cells employing the PVDF/nano-APP separator, the peak heat release rate and total heat release are reduced by 30.3% and 27.1%, respectively, compared to those using conventional PP separators. Additionally, the APP nanoparticles help preserve the nanoporous structure of PVDF, allowing the corresponding LMBs to maintain 94.6% capacity retention over 2000 cycles. The flame-retardant nanocomposite separators show great potential for developing high-safety LMBs.
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