本次研究的聚酰亞胺離子徑跡膜(左側)和傳統多孔隔膜(右側)的安全特性示意圖。中國科學院近代物理研究所/供圖
這項鋰電池材料領域重要研究進展成果論文，近日在專業學術刊物《美國化學學會納米期刊》(ACS Nano)上發表，論文第一作者和通訊作者均來自中國科學院近代物理研究所。
他們介紹說，隔膜作為鋰離子電池的關鍵部件之一，具有隔絕正負極和傳導鋰離子的功能，對電池的安全性至關重要。目前，商用鋰離子電池的能量密度可達300瓦時每千克，并有望進一步得到提升。然而，在追求鋰離子電池更高能量密度的同時，安全性問題不容忽視。傳統聚烯烴隔膜熱穩定性差，孔隙結構不均一，在高溫下容易收縮并造成電池內部短路和引發熱失控。
聚酰亞胺因熱穩定性優異、機械強度高、化學穩定性良好被視為是高安全性隔膜的理想選擇。因此，針對聚酰亞胺開展深入研究，開發具有均一孔道結構的聚酰亞胺隔膜并實現可控制備，對于充分發揮隔膜在提高電池安全性方面的作用十分重要。
在本項研究中，中國科學院近代物理研究所科研團隊和合作者一起，依托蘭州重離子加速器開發出基于離子徑跡技術的耐高溫聚酰亞胺隔膜制備新工藝，所制備的隔膜相較于傳統聚烯烴隔膜優勢明顯，其機械強度高達150.6兆帕，耐高溫性能卓越(450攝氏度下結構不收縮)，孔徑分布窄(孔徑標準差＜6%)，孔道結構垂直排列(迂曲度為1)。
科研團隊指出，在3毫安每平方厘米的條件下，使用聚酰亞胺耐高溫隔膜的鋰/鋰對稱電池可穩定循環1200小時，且在鋰金屬電極表面實現均勻、致密的鋰沉積，表明其具有優異的鋰枝晶抑制能力。此外，使用該隔膜的磷酸鐵鋰軟包電池在常溫下可穩定循環1000次，容量保持率為73.25%，并表現出優異的高溫性能，可在150攝氏度的環境溫度下正常工作。
本次研究的磷酸鐵鋰軟包電池的長循環性能對照。中國科學院近代物理研究所/供圖
科研團隊表示，他們最新發表的研究成果，為開發可靠的具有耐高溫高性能鋰離子電池隔膜和工藝提供了新思路，將成為提高鋰離子電池安全性的有效途徑和手段之一。(完)
