Lithium ion battery separator with improved performance via side-by-side bicomponent electrospinning of PVDF-HFP/PI followed by 3D thermal crosslinking

材料科学 电解质 分离器(采油) 化学工程 法拉第效率 离子电导率 热稳定性 离子 复合材料 化学 电极 有机化学 物理化学 物理 工程类 热力学
作者
Ming Cai,Ding Yuan,Xiao Zhang,Yi Pu,Xiaofang Liu,Hongwei He,Lixue Zhang,Xin Ning
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:461: 228123-228123 被引量:128
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2020.228123
摘要

Here, a novel PVDF-HFP/PI side-by-side bicomponent electrospun separator with cross-linked structure is successfully fabricated for lithium-ion batteries (LIBs). The bicomponent composite fiber not only integrates the excellent characteristics of PVDF-HFP and PI, but also improves the mechanical strength of the electrospun nonwoven and maintains a high level of porosity, up to 85.9 %. Moreover, the PVDF-HFP/PI(T) fibrous separator emerges outstanding performance, including the thermal dimensional stability (up to 200 °C), self-extinguishment, high electrolyte uptake (483.5 %), good ionic conductivity (1.78 × 10−3 S/cm), wide electrochemical stability window (up to 4.94 V vs. Li+/Li) and favorable interface structure. It is further confirmed by the 3D simulation that the PVDF-HFP/PI(T) nonwoven using as the LIBs separator is beneficial to the homogeneous transmission of lithium ions. As a result, the coin cells with PVDF-HFP/PI(T) separator possess the best first discharge capacity (120.41 mAh g−1) and coulombic efficiency (99.36 %) with respect to that of Celgard2320 separator and cross-electrospun PVDF-HFP + PI(T) separator. After 50 cycles, the discharge capacity of Li/PVDF-HFP/PI(T)/LiFePO4 is found to be retained around 98.13 %, which is higher than 94.91 % of Celgard2320 separator and 96.09 % of cross-electrospun PVDF-HFP + PI(T) separator. Moreover, the coin cell using the PVDF-HFP/PI (T) separator exhibited good discharge capacity under different discharge C-rate at 45 °C, indicating its potential for the high-temperature safety of LIBs. In sum, the PVDF-HFP/PI(T) nonwoven with excellent property has an application prospect in the field of LIBs separator, which also provides a reliable strategy for designing the electrospun separator with improved performance.
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