جداکننده پلی آمید متا آرامید مسدود کننده دندریت با استحکام و پایداری حرارتی فوق‌العاده بالا برای استفاده در باتری لیتیوم یون با ایمنی بالا

چکیده

، به طور جدی بر ایمنی و توسعه LIB ها باتوجه به پایداری حرارتی ضعیف به دلیل نقطه ذوب پایین و ترشوندگی الکترولیت کم ناشی از ساختار غیر قطبی شان تأثیر می­گذارند. در این مقاله، یک فناوری اتصال عرضی خود جذب ساده برای ساخت جداکننده‌های پلی‌آمید- متا-آرامید (PI-MA) با پایداری حرارتی، ترشوندگی و ایمنی عالی ساخته ­شده است. این فناوری از جذب پیوند هیدروژنی و اثر خودچسب MA برای تحقق کپسولاسیون نزدیک MA بر روی سطح نانوالیاف PI و تشکیل یک ساختار شبکه‌ای فشرده استفاده می­نماید. به طور ویژه، جداکننده PI-MA در دمای 300 درجه سلسیوس تغییر شکل قابل توجهی ندارد، در حالیکه جداکنندهPP در دمای 200 درجه سلسیوس کاملا ذوب شده و منقبض می­شود. PI-MA زاویه تماس الکترولیت کمتر از ◦1/6 و سرعت انتشار الکترولیت سریعتر در هر دو جهت افقی و عمودی را نشان می­دهد. علاوه بر این، در مشخصه‌بندی طولانی‌مدت سلب‌کاری/آبکاری، سل متقارن لیتیومی با PI-MA عملکرد سیکل­زنی پایدار را در چگالی جریان mA/cm² 2 را به مدت 1000 ساعت نشان می‌دهد. با استفاده از LiNi_0.8 Co_0.1Mn_0.1O₂ (NCM811) به عنوان کاتد، سل با PI-MA دارای نرخ حفظ ظرفیت 1/82 % در آزمایش 300 سیکل در نرخ جریان C1 می­باشد که بسیار بالاتر از  نرخ حفظ ظرفیت 3/58% برای جداکننده PP می­باشد. در مقایسه با سل مونتاژشده با جداکننده PP که در 56 دقیقه دچار انفجار می­شود، سل با جداکننده PI-MA به طور پایدار در ولتاژ قطع در مدت زمان 160 دقیقه در دمای 120 درجه سلسیوس تخلیه می­گردد.

نتیجه­ گیری

در نتیجه، یک جداکننده کامپوزیتی PI-MA با ساختار هسته-پوسته و اتصال عرضی با استفاده از فناوری اتصال عرضی خود جذب با استفاده از پیوند هیدروژنی و اثر خود چسبندگی ماده MA تهیه شده است. این جداکننده کامپوزیتی با بهره‌مندی از پیوند آمیدی  محکم (-CO-NH-) بر سطح نانو الیاف PI پیچیده شده و ساختار شبکه‌ای تشکیل می­دهد، این جداکننده کامپوزیتی خواص مکانیکی بالا، پایداری حرارتی عالی، ترشوندگی الکترولیت و نگهداری مایع بالایی را از خود نشان می‌دهد. به طور ویژه، در مقایسه با مقاومت کششی PI خالص (Ma 11)، جداکننده PI-MA به دلیل ساختار اتصال عرضی مواد MA بین نانوالیاف PI، استحکام کششی تا Ma67 را نشان می‌دهد. جداکننده PI-MA در دمای 300 درجه سلسیوس هیچ تغییر ابعادی قابل توجهی ندارد، در حالی که جداکننده PP در دمای 200 درجه سلسیوس ذوب و منقبض می­شود. علاوه بر این، جداکننده کامپوزیتی دارای زاویه تماس الکترولیت ◦1/6 و سرعت انتشار الکترولیت سریعتر در هر دو جهت افقی و عمودی است. مهمتر از آن، در مشخصه‌بندی طولانی‌مدت سلب‌کاری/آبکاری، سل متقارن لیتیومی با PI-MA عملکرد سیکل­زنی پایدار را در چگالی جریان mA/cm² 2 و ظرفیت mAh 2 برای 1000 ساعت نشان می‌دهد. NCM8111 به عنوان ماده فعال کاتد استفاده می­شود و سل مونتاژ شده با PI-MA میزان حفظ ظرفیت 1/82% را پس از 300 سیکل در نرخ جریانC1 نشان می­دهد که بسیار بالاتر از نرخ حفظ ظرفیت 3/58% برای جداکننده PP می­باشد. در تست‌های ایمنی باتری، در مقایسه با سل مونتاژ شده با جداکننده PP که در 56 دقیقه منفجر می­شود، سل با جداکننده PI-MA به طور پایدار در ولتاژ قطع در مدت زمان 160 دقیقه در دمای 120 درجه سلسیوس تخلیه می­شود. تمام نتایج نشان می­دهد که جداکننده PI-MA نوع جدیدی از جداکننده با ایمنی و عملکرد بالا برای LIB ها خواهد بود که طرح و جهت جدیدی را برای توسعه جداکننده LIB ارائه می­دهد.

دانلود فایل :جداکننده پلی_آمید-متا-آرامید مسدودکننده دندریت با استحکام و پایداری

مترجم: علیرضاکرفی

DOI: 10.1016/j.cej.2024.148525