Anchoring Carbon Spheres on Titanium Dioxide Modified Commercial Polyethylene (PE) Separator to Suppress Lithium Dendrites for Lithium Metal Batteries

分离器(采油) 材料科学 法拉第效率 化学工程 二氧化钛 电解质 无机化学 化学 电极 复合材料 物理化学 热力学 物理 工程类
作者
Ling Yang,Xingxu Gao,Jingjing Li,Yong Gao,Mingyue Zhang,Yaozong Bai,Gaojun Liu,Haoyu Dong,Lei Sheng,Tao Wang,Xianli Huang,Jianping He
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (27): e2310915-e2310915 被引量:14
标识
DOI:10.1002/smll.202310915
摘要

Abstract Lithium dendrites are easily generated for excessively‐solved lithium ions (Li + ) inside the lithium metal batteries, which will lead serious safety issues. In this experiment, carbon spheres (CS) are successfully anchored on TiO 2 (CS@TiO 2 ) in the hydrothermal polymerization, which is filtrated on the commercial PE separator (CS@TiO 2 @PE). The negative charge in CS can suppress random diffusion of anions through electrostatic interactions. Density functional theory (DFT) calculations show that CS contributes to the desolvation of Li + , thereby increasing the migration rate of Li + . Furthermore, TiO 2 exhibits high affinity to liquid electrolytes and acts as a physical barrier to lithium dendrite formation. CS@TiO 2 is a combination of the advantages of CS and TiO 2 . As results, the Li + transference number of the CS@TiO 2 @PE separator can be promoted to 0.63. The Li||Li cell with the CS@TiO 2 @PE separator exhibits a stable cycle performance for more than 600 h and lower polarization voltage (17 mV) at 1 mA cm −2 . The coulombic efficiency (CE) of the Li||Cu cells employe the CS@TiO 2 @PE separator is 81.63% over 130 cycles. The discharge capacity of LiFePO 4 ||Li cells based on the CS@TiO 2 @PE separator is 1.73 mAh (capacity retention = 91.53% after 260 cycles). Thus, the CS@TiO 2 layer inhibits lithium dendrite formation.
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