近日,來自美國羅徹斯特大學的W. E. Tenhaeff教授課題組,提出了一種基于紫外引發(fā)聚合誘導相分離(PIPS)的增材制造技術(圖1),該技術的新奇之處在于微孔隔膜由多功能單體和碳酸亞乙酯(EC)制成,其中的碳酸亞乙酯(EC)既可用作造孔劑(致孔劑),也可用作電解質電化學電池中的組件。使用這種技術,EC不需要從薄膜中提取,大大簡化了制造過程。此外,這種PIPS體系在制造過程中移除了溶劑的使用從本質上說,這個過程提供了一種一步制造隔膜的途徑。相關研究成果以“One-step Fabrication of Robust Lithium Ion Battery Separators by Polymerization-Induced Phase Separation”為題與2022年4月8日發(fā)表在J. Mater. Chem. A上。【研究背景】 在鋰電池發(fā)展的歷史上,大量的研究和開發(fā)工作都集中在正極、負極和電解液的改進上。雖然隔膜通常被認為是一種被動電池組件,但它也在決定鋰電池的成本、可逆性、功率密度和整體安全性等方面發(fā)揮著關鍵作用。新一代LIB隔膜相比傳統(tǒng)的隔膜(微孔聚烯烴膜)應能夠顯著的提升電池性能,同時制備方法簡便、成本低,并能夠輕松調整物理化學性質。
圖6.pBDDA和Celgard 2500的熱表征。(a)從50℃到700℃的熱重分析,梯度速率為5℃/min。(b)差示掃描量熱法,從0℃到200℃,速率為10℃/min,氮氣吹掃。(c) Celgard 2500(25 μm)和pBDDA60(19 μm)在室溫下加熱30分鐘至90℃、125℃和150℃后的照片。【結論】 綜上所述,作者介紹了一種快速,紫外引發(fā)的PIPS技術來制造微孔隔膜。該技術通過將反應性多功能單體的前驅體濃度調整為致孔劑(本文中為EC),通過一步處理即可得到具有良好性能(電解質吸收、離子導電性、熱穩(wěn)定性等)的微孔隔膜。將該隔膜應用到LIB半電池中(NMC532 vs. Li)并進行測試,結果表明,與商用聚丙烯隔膜相比,該隔膜可逆循環(huán)可超過100次,且容量保持率達98.4%。在不去除EC致孔劑的情況下,組裝的電池被成功循環(huán),這凸顯了PIPS技術助力快速、廉價、一步法制造鋰離子電池的潛力。最后,PIPS有望作為一種平臺技術,通過該技術,隔膜的化學和性能可以很容易地進行調整和修改,以應對當前和未來鋰離子電池面臨的挑戰(zhàn)。Alexander Manly and Wyatt E Tenhaeff *, One-step Fabrication of Robust Lithium Ion Battery Separators by Polymerization-Induced Phase Separation, J. Mater. Chem. A, 2022, DOI:10.1039/D1TA10730E