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Novel Ceramic-Grafted Separator with Highly Thermal Stability for Safe Lithium-Ion Batteries
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2017-07-26 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.7b05535 Xiaoyu Jiang 1 , Xiaoming Zhu 2, 3 , Xinping Ai 1 , Hanxi Yang 1 , Yuliang Cao 1
ACS Applied Materials & Interfaces ( IF 8.3 ) Pub Date : 2017-07-26 00:00:00 , DOI: 10.1021/acsami.7b05535 Xiaoyu Jiang 1 , Xiaoming Zhu 2, 3 , Xinping Ai 1 , Hanxi Yang 1 , Yuliang Cao 1
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The separator is a critical component of lithium-ion batteries (LIBs), which not only allows ionic transport while it prevents electrical contact between electrodes but also plays a key role for thermal safety performance of LIBs. However, commercial separators for LIBs are typically microporous polyolefin membranes that pose challenges for battery safety, due to shrinking and melting at elevated temperature. Here, we demonstrate a strategy to improve the thermal stability and electrolyte affinity of polyethylene (PE) separators. By simply grafting the vinylsilane coupling reagent on the surface of the PE separator by electron beam irradiation method and subsequent hydrolysis reaction into the Al3+ solution, an ultrathin Al2O3 layer is grafted on the surface of the porous polymer microframework without sacrificing the porous structure and increasing the thickness. The as-synthesized Al2O3 ceramic-grafted separator (Al2O3–CGS) shows almost no shrinkage at 150 °C and decreases the contact angle of the conventional electrolyte compared with the bare PE separator. Notably, the full cells with the Al2O3–CGSs exhibit better cycling performance and rate capability and also provide stable open circuit voltage even at 170 °C, indicating its promising application in LIBs with high safety and energy density.
中文翻译：
新型陶瓷接枝隔膜，具有高热稳定性，可用于安全的锂离子电池
隔膜是锂离子电池（LIB）的关键组件，它不仅允许离子迁移，同时还可以防止电极之间的电接触，而且对于LIB的热安全性能也起着关键作用。但是，用于LIB的商业隔板通常是微孔聚烯烃膜，由于在高温下会收缩和熔化，因此会给电池安全性带来挑战。在这里，我们演示了一种提高聚乙烯（PE）隔板的热稳定性和电解质亲和力的策略。通过电子束辐照法简单地将乙烯基硅烷偶联剂接枝到PE隔板的表面，然后将其水解反应成Al 3+溶液，即可得到超薄Al 2 O 3。在不牺牲多孔结构和增加厚度的情况下，将第一层的层接枝到多孔聚合物微框架的表面上。与裸露的PE隔板相比，合成后的Al 2 O 3陶瓷接枝隔板（Al 2 O 3 –CGS）在150°C时几乎没有收缩，并且减小了常规电解质的接触角。值得注意的是，带有Al 2 O 3 -CGS的全电池具有更好的循环性能和倍率性能，甚至在170°C时也能提供稳定的开路电压，这表明它在具有高安全性和能量密度的LIB中具有广阔的应用前景。
更新日期：2017-07-28
中文翻译：
新型陶瓷接枝隔膜，具有高热稳定性，可用于安全的锂离子电池
隔膜是锂离子电池（LIB）的关键组件，它不仅允许离子迁移，同时还可以防止电极之间的电接触，而且对于LIB的热安全性能也起着关键作用。但是，用于LIB的商业隔板通常是微孔聚烯烃膜，由于在高温下会收缩和熔化，因此会给电池安全性带来挑战。在这里，我们演示了一种提高聚乙烯（PE）隔板的热稳定性和电解质亲和力的策略。通过电子束辐照法简单地将乙烯基硅烷偶联剂接枝到PE隔板的表面，然后将其水解反应成Al 3+溶液，即可得到超薄Al 2 O 3。在不牺牲多孔结构和增加厚度的情况下，将第一层的层接枝到多孔聚合物微框架的表面上。与裸露的PE隔板相比，合成后的Al 2 O 3陶瓷接枝隔板（Al 2 O 3 –CGS）在150°C时几乎没有收缩，并且减小了常规电解质的接触角。值得注意的是，带有Al 2 O 3 -CGS的全电池具有更好的循环性能和倍率性能，甚至在170°C时也能提供稳定的开路电压，这表明它在具有高安全性和能量密度的LIB中具有广阔的应用前景。
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