聊城大学Lei Ding课题组--具有连接纳米氧化铝涂层的高性能锂离子电池复合隔膜的低成本和大规模制造技术

对高功率密度的不断增长的需求改进了锂离子电池。然而，隔膜较差的微孔结构和较差的相容性提高了锂离子迁移障碍。基于β-晶聚丙烯（β-iPP）的空化，通过β-iPP和纳米Al₂O₃的简便挤出和双向拉伸工艺制备了连接纳米Al₂O₃涂层的隔膜。晶体结构和微孔形态诊断表明，适度的纳米Al₂O₃含量细化了粗纤维并使双轴拉伸后隔膜的孔径分布均匀。此外，连接的纳米Al₂O₃涂层保留在表面和内孔壁上，因为孔直接出现在纳米Al₂O₃/β-iPP界面上，这使隔膜具有优异的电解质亲和力。由于稳定的固体电解质界面形成和更高的锂离子转移数，组装电池进一步表现出更好的库伦倍率容量和循环稳定性。特别是，当纳米Al₂O₃含量增加到6%时，复合隔膜具有最高的Li⁺迁移数0.53和100次循环后的放电容量保持率为88.7%。这种简便的制造技术同时改善了隔膜的多孔结构和电化学性能，为大规模低成本的高性能隔膜制造技术提供了实践指导。

图1.具有铸造和顺序双轴拉伸工艺的设计工业生产线示意图。

图2。纳米Al2O3和五种流延膜的SEM图像:(a)纳米Al₂O ₃，(b) PP-0，(c) PP-0.5，(d) PP-3，(e) PP-6和(f) PP-12。

图3.五种微孔膜的表面和横截面的SEM图像和相应的铝元素EDX映射:(a) PP-0，(b) PP-0.5，(c) PP-3，(d) PP-6和(e) PP-12 (1:表面形态，2:表面铝元素分散，3:横截面形态，和4:横截面铝元素分散)。

图 4. 五种膜的孔径分布：(a) PP-0、(b) PP-0.5、(c) PP-3、(d) PP-6、(e) PP-12 和 (f) Celgard  2400. (g) 顺序双轴拉伸过程中的孔形成机制示意图。

图 5. (a) 五种膜的拉伸实验结果。(b)五种膜的DSC曲线。(c)在155°C下处理 20 分钟后膜的尺寸变化。(d)在不同温度下处理后两种膜的热收缩率。

图 6. (a) 五种膜的水接触角和电解质吸收。(b)双SS电池的交流阻抗曲线。(c)极化前双锂电池的交流阻抗曲线。（d）五个膜的双锂电池的计时电流法扫描。(e)极化后双锂电池的交流阻抗谱。(f)锂离子迁移数和离子电导率。(g)纳米 Al₂O₃改性膜对锂离子迁移的影响示意图。不同天数后隔膜的交流阻抗曲线：(h)PP-0 和 (i)PP-6。

图 7. (a) LiCoO₂//隔膜电解质//Li 电池的 C 倍率放电能力. LiCoO₂//隔膜-电解质//Li电池在不同电流密度下的放电曲线：（b）PP-0和（c）PP-6.(d) LiCoO₂//隔膜-电解质//锂电池的循环稳定性和相关库仑效率。

  相关科研成果由聊城大学Lei Ding等人于2021年发表在ACS Applied Energy Materials（https://doi.org/10.1021/acsaem.1c03137）上。原文：Low-Cost and Large-Scale Fabricating Technology for High-Performance Lithium-Ion Battery Composite Separators with Connected Nano-Al₂O₃ Coating。