中国团队开发新型耐高温电池隔膜提高锂电池安全性

最近，对锂电池安全性的担忧，尤其是充电过程中可能出现的突然高温，引起了广泛关注。中国科学院近代物理研究所的一个研究团队与兰州大学和广东省先进能源科学与技术实验室合作，开发了一种制造耐高温聚酰亚胺隔膜的创新工艺。这项工作使用离子轨道技术实现，并得到兰州重离子加速器的支持，旨在提高锂离子电池的安全性。

这些发现代表了电池材料科学的重大进步，发表在《ACS Nano》杂志上。第一作者和通讯作者均来自现代物理研究所。

该团队解释说，隔膜是锂离子电池的重要组成部分，因为它们可以隔离电极，同时允许锂离子传输。虽然商用锂电池现在的能量密度高达 300 Wh/kg，但随着能量密度的提高，安全问题变得更加严重。传统的聚烯烃隔膜缺乏热稳定性，孔隙结构不一致，在高温下容易收缩，可能导致短路。

聚酰亚胺因其优异的热稳定性、高机械强度和化学耐久性而被认为是更安全隔膜的理想材料。开发具有一致孔隙结构的聚酰亚胺隔膜对于提高电池安全性至关重要。

该团队使用 Ion Track 技术创建了一种用于聚酰亚胺隔膜的新制造工艺。与聚烯烃隔膜相比，这些隔膜具有显著优势：

• 高机械强度：高达 150.6 MPa。
• 优异的热稳定性：在 450°C 下不收缩。
• 孔径分布窄：标准偏差 <6%。
• 垂直排列的孔通道：曲折度 = 1。

在 3 mA/cm² 的测试条件下，使用这些隔膜的对称锂电池稳定循环 1,200 小时，并显示出均匀的锂沉积，有效抑制了枝晶生长。此外，配备隔膜的磷酸铁锂软包电池在室温下实现了 1,000 次循环，容量保持率为 73.25%，并在 150°C 下可靠运行。

这项研究为开发可靠、高性能的锂离子电池隔膜和制造工艺提供了一种新方法，为提高电池安全性提供了一条有前途的途径。