Active Separators Featuring PF 6 − Anion‐Regulating Interface for Long‐Term Stable Li‐Based Batteries

材料科学 分离器(采油) 氢氟酸 离子 电化学 共价键 封装(网络) 化学工程 纳米技术 蛋白质数据库 可扩展性 光电子学 纳米线 锂(药物) 硼酸
作者
Jang Woo Park,Min Su Seo,Young Je Kwon,Ho Jin Jung,Min Jeong Lee,Kaiyun Zhang,Gyeong Min Choi,Kang‐Jun Baeg,Sujong Chae,Joon Ha Chang,Jeong‐Gu Yeo,Kie Yong Cho
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (40)
标识
DOI:10.1002/adfm.74993
摘要

ABSTRACT Developing high‐energy lithium batteries inevitably involves separators that suppress uncontrolled ion transport and parasitic reactions over repeated cycling. Here, we introduce a dual‐functional active separator comprising a uniformly dip‐coated double‐bond‐containing poly(vinylidene fluoride) (DPVDF) layer with covalently cross‐linked branched polyethyleneimine (BPEI) robust framework interfaces. The amine‐enriched DPVDF–BPEI‐modified separator (PDB) electrostatically regulates PF 6 − anions, as evidenced by spectroscopic, computational, and electrochemical studies. PF 6 − regulation suppresses significantly hydrofluoric acid (HF)‐forming fragmentation and facilitates selective Li + diffusion, leading to ca. twice higher Li + transference numbers (polypropylene (PP): 0.49 and PDB: 0.80) and ca. 3 times higher Li + diffusion coefficient (PP: 0.46 × 10 −6 and PDB: 1.29 × 10 −6 cm 2 s −1 ) than PP. In addition, it thereby results in the formation of ultrathin, compositionally uniform electrode–electrolyte interphases (SEI/CEI). Those unique effects of the PDB enable long‐term stability, ca. 1,000 cycles in Li||LFP and ca. 400 cycles in Li||NCM811 half‐cells. The Si||LFP full‐cell exhibits stable cycling for more than 400 cycles at 3.0 C. The PDB supports dendrite‐free operation for 1,000 h in Li||Li symmetric cells, demonstrating uniform Li deposition. This work establishes a scalable separator design strategy that integrates structural durability with targeted anion regulation and efficient ion‐diffusion control, providing a practical pathway toward stable, high‐energy lithium‐based batteries.
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