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由于成本、性能等因素的限制,目前商用的锂离子电池电解液普遍采用LiPF6作为电解质盐,但是在锂离子电池中含有少量水分的情况下,LiPF6非常容易发生自催化反应产生HF,HF对正极材料的腐蚀会造成过渡元素的溶解,特别是Mn元素的溶解后会迁移到负极表面,破坏SEI膜,引起锂离子电池容量下降、内阻增大,这也是造成锂离子电池性能下降的主要因素之一。
近日以色列巴伊兰大学的AnjanBanerjee设计了一款具有对电解液中的HF等路易斯酸进行净化功能的隔膜,从根本上避免因为HF而引起的一系列问题,显著提升锂离子电池的性能。AnjanBanerjee采用偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物作为隔膜的骨架,4-乙烯基吡啶(DVB-4VP)作为主要的功能材料添加在隔膜内,隔膜的厚度为30um,孔隙率为43%,DVB-4VP的含量为2mg/cm2。实验显示多功能隔膜的性质与传统的商业隔膜性质非常相近。
下图为这款隔膜的SEM图,从图上可以看到隔膜上有很多4-12um左右的微孔,这些微孔内部则含有大量的尺寸在100nm左右的颗粒,从而在隔膜内部形成相互连接的网络。
为了验证隔膜的性能,AnjanBanerjee分别采用LMO/Li和NMC622/Li扣式电池和LMO/石墨和NMC622/石墨方形电池进行了电化学性能评估,下图为LMO/石墨电池在55℃下循环性能,红色的为空白对照组,蓝色的功能隔膜实验组。高温下电池的容量衰降会加速发生,因此能更加有效的检验隔膜的有效性。从下图我们可以看到在经过四个周约180次循环后,空白对照组的容量损失约71%,而功能隔膜组容量损失为39%。
下图为NMC622/石墨电池在55℃下的循环性能曲线,红色曲线为对照组,蓝色曲线为功能隔膜组,从曲线上我们可以注意到经过约140次循环后,对照组的容量损失为42%,功能隔膜组的容量损失仅为17%。从上面的两个实验我们也注意到,功能隔膜除了在材料的容量保持率方面会提升以外,它们的库伦效率都要明显高于使用传统隔膜的对照组。
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