仿珍珠母層隔膜 有效提升鋰電池抗沖擊性能

記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校姚宏斌、倪勇和俞書宏研究團隊，運用仿生學原理構(gòu)建仿珍珠母層隔膜，可有效保護鋰電池并降低安全隱患。研究成果于近日在線發(fā)表于國際材料領(lǐng)域頂級期刊《先進材料》上。

多孔的聚烯烴因其優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性而被廣泛地用作鋰離子電池隔膜。作為電池正負極之間防止短路的隔絕層，聚烯烴內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)有利于電池在充放電過程中的鋰離子通過，但也導致了隔膜較差的機械性能。尤其是當隔膜受到外部的局部沖擊時，其內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)必然會產(chǎn)生畸變導致開裂和部分孔關(guān)閉，從而影響鋰電池的性能和安全性。目前業(yè)界廣泛使用陶瓷納米顆粒涂層來提高聚烯烴隔膜的熱穩(wěn)定和對電解液的浸潤性，但是納米顆粒涂層很難有效抵抗局域化的外力沖擊作用，必然會導致電池內(nèi)部在充放電過程中具有不均勻的鋰離子流，引發(fā)電極上不均勻的鋰沉積甚至導致鋰枝晶的生成。

為了解決這一難題，科研人員在聚烯烴隔膜表面構(gòu)建仿珍珠層的“磚泥”有序結(jié)構(gòu)。仿珍珠母涂層通過片滑移的作用有效擴大受力面積來耗散沖擊的應(yīng)力，從而有效地保護了隔膜內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，維持電池內(nèi)部均勻的鋰離子流。相對于使用商業(yè)陶瓷隔膜的軟包電池，采用仿珍珠層隔膜的軟包電池在面對沖擊時表現(xiàn)出較小的開路電壓變化和較好的循環(huán)穩(wěn)定性以及高安全性。研究團隊對兩種隔膜組裝的軟包電池進行了沖擊試驗，結(jié)果表明，仿珍珠母層隔膜對電池具有良好的保護作用并且可以有效地降低安全隱患。

該研究成果提出了構(gòu)建仿珍珠層增韌隔膜的策略，并從理論模擬和實驗測試上證明其提升鋰電池抗沖擊的能力，將為今后提升鋰電池的安全性開辟新途徑。