A Safe Separator with Heat‐Dispersing Channels for High‐Rate Lithium‐Ion Batteries

材料科学 分离器(采油) 聚烯烃 复合数 聚偏氟乙烯 碳纳米管 复合材料 锂(药物) 化学工程 聚合物 医学 热力学 物理 工程类 内分泌学 图层(电子)
作者
Botao Yuan,Yuhan Feng,Xinghan Qiu,Yuhui He,Liwei Dong,Shijie Zhong,Jipeng Liu,Yifang Liang,Yuanpeng Liu,Haodong Xie,Zhezhi Liu,Jiecai Han,Weidong He
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (9) 被引量:48
标识
DOI:10.1002/adfm.202308929
摘要

Abstract Separators are becoming increasingly important in both academic research and industrial production as a means of enhancing the performance of lithium‐ion batteries (LIBs), particularly at a high rate. However, fast charge–discharge processes will produce local heat accumulation, which accelerates the local reaction rate of Li + to form lithium dendrites. Commercial polyolefin separators fail to tackle the above issue due to inferior thermal stability. Herein, a core–shell structure is proposed to reinforce the polyvinylidene fluoride‐hexafluoropropylene (PVDF‐HFP) matrix through encircling carbon nanotube (CNT) by adherent polydopamine (PDA). The core–shell 3D structure with PDA avoids the short circuits caused by the electrically conductive CNT, and meantime, the CNT serves as an effective radiator for dispersing local heat sources verified through finite element analysis. The composite separator allows LIBs to achieve high Li + conductivity (0.49 × 10 −3 S cm −1 ) and Li + transfer number (0.74), resulting in a high capacity retention of 87.35% after 800 cycles at 5C. In particular, the safety is confirmed that the composite separator avoids violent growth of lithium dendrites caused by local heat accumulation through phase‐field simulations. This work suggests a promising approach for the fabrication of core–shell nanotube composite separators for high‐rate and safe LIBs.
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