Controllable Growth of Calcium Carbonate Nanocrystals on Collagen-Modified Polyethylene Separators with High Ionic Transport Efficiency and Stable Cycling

材料科学 化学工程 电解质 复合数 热稳定性 分离器(采油) 聚乙烯 碳酸钙 微型多孔材料 相间 多孔性 陶瓷 温度循环 复合材料 离子键合 三元运算 图层(电子)
作者
Yin Liu (50073),Weijian Fang (20806049),Zhuozhi Zheng (22464415),Hao Xie (406287),Hao Wang (39217),Weimin Wang (145168),Hang Ping (5166539),Zhengyi Fu (1559782)
出处
期刊: [Figshare (United Kingdom)]
标识
DOI:10.1021/acsami.5c15246.s001
摘要

The commercial microporous polyethylene (PE) separators generally exhibit low thermal stability, poor electrolyte wettability, and significant safety concerns. Drawing inspiration from the formation process of biominerals, a collagen layer is first self-assembled on the PE separator surface to form a cross-linked network coating. Subsequently, the collagen matrix is mineralized with calcium carbonate nanocrystals, which undergo oriented growth within the collagen fibrils, thereby generating a stable inorganic mineral layer on the PE substrate (Mc@CaCO3–PE). The organized structure markedly enhances the thermal stability and mechanical strength of the composite separator. Moreover, compared with conventional PE separators, it demonstrates superior electrolyte wettability, achieving an electrolyte absorption rate as high as 161.6%. Notably, the mineralized layer facilitates the sustained release of Ca2+ ions, which facilitates the desolvation process of Li+ ions. It not only increases the lithium-ion transference number (0.82) but also promotes the formation of a stable solid–electrolyte interphase (SEI). At a current density of 0.5 mA cm–2, Li||Li symmetric cells with a Mc@CaCO3–PE separator can be stably cycled for more than 1200 h. This composite separator shows great potential as a high-performance separator for lithium metal batteries, and this strategy provides valuable guidance for the development of other high-performance composite separators.
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