80℃,200次!中科院近代物理所,ACSNano!

华算科技 2025-02-06 20:18:58

隔膜是锂离子电池的重要组成部分,对电池的安全性和电化学性能起着关键作用。然而,传统的聚烯烃隔膜存在热稳定性差和孔结构不均匀的问题,这阻碍了它们在防止热收缩和抑制锂(Li)枝晶方面的有效性。

图1 不同锂离子电池的热失控机制和安全状态示意图

中国科学院近代物理研究所姚会军、刘杰等报道了一种通过离子轨道蚀刻技术制备的具有垂直排列均匀纳米通道的坚固耐高温聚酰亚胺(PI)隔膜。所得的PI轨道蚀刻膜(PITEM)有效地使锂离子分布均匀化,显示出增强的离子电导率(0.57 mS cm-1)和高的Li+迁移数(0.61)。

PITEM在3 mA cm-2下显著延长Li/Li电池的循环寿命至1200小时。对于Li/LiFePO4电池,这种方法可以实现143 mAh g-1的比容量,并在室温下300次循环后保持83.88%的容量。在80℃下,200次循环后容量保持率保持在85.92%。

图2 通过均匀的锂离子分布实现无枝晶锂金属负极

此外,采用PITEM的石墨/磷酸铁锂软包电池显示出增强的循环稳定性,其在室温下经过1000次循环后保持了73.25%的容量,在80℃下经过100次循环后仍保持78.41%的容量。最后,基于PITEM的软包电池可以在150℃下工作。这种隔膜不仅解决了传统隔膜的局限性,而且有望通过辊对辊方法进行大规模生产。研究者希望这项工作能够为高安全LIB的功能隔膜的设计和制备提供见解。

图3 Li/LiFePO4电池性能

Robust, High-Temperature-Resistant Polyimide Separators with Vertically Aligned Uniform Nanochannels for High-Performance Lithium-Ion Batteries. ACS Nano 2024. DOI: 10.1021/acsnano.4c11217

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