Chinees team ontwikkelt nieuwe hittebestendige batterijscheider om de veiligheid van lithiumbatterijen te verbeteren

Onlangs hebben zorgen over de veiligheid van lithiumbatterijen, met name het potentieel voor plotselinge hoge temperaturen tijdens het opladen, veel aandacht gekregen. Een onderzoeksteam van het Institute of Modern Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen, in samenwerking met Lanzhou University en het Guangdong Provincial Laboratory of Advanced Energy Science and Technology, heeft een innovatief proces ontwikkeld voor het maken van hittebestendige polyimidescheiders. Dit werk, dat wordt uitgevoerd met behulp van ionenspoortechnologie en wordt ondersteund door de Lanzhou Heavy Ion Accelerator, heeft tot doel de veiligheid van lithium-ionbatterijen te verbeteren.

De bevindingen, die een aanzienlijke vooruitgang betekenen in de wetenschap van batterijmateriaal, werden gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano. Zowel de eerste auteur als de corresponderende auteur zijn afkomstig van het Institute of Modern Physics.

Het team legde uit dat separatoren essentiële componenten zijn van lithium-ionbatterijen, omdat ze de elektroden isoleren en tegelijkertijd lithium-iontransport mogelijk maken. Terwijl commerciële lithiumbatterijen nu energiedichtheden tot 300 Wh/kg bereiken, worden veiligheidskwesties kritischer bij hogere energiedichtheden. Traditionele polyolefinescheiders, die geen thermische stabiliteit hebben en inconsistente poriënstructuren hebben, zijn vatbaar voor krimp bij hoge temperaturen, wat kortsluiting kan veroorzaken.

Polyimide wordt beschouwd als een ideaal materiaal voor veiligere separatoren vanwege de uitstekende thermische stabiliteit, hoge mechanische sterkte en chemische duurzaamheid. Het ontwikkelen van polyimidescheiders met consistente poriënstructuren is essentieel voor het verbeteren van de veiligheid van de batterij.

Met behulp van ionenspoortechnologie creëerde het team een nieuw productieproces voor polyimidescheiders. Deze separatoren hebben aanzienlijke voordelen ten opzichte van polyolefine:

• Hoge mechanische sterkte: tot 150,6 MPa.
• Uitstekende thermische stabiliteit: geen krimp bij 450°C.
• Smalle poriegrootteverdeling: standaarddeviatie <6%.
• Verticaal uitgelijnde poriënkanalen: kronkeligheid = 1.

Onder testomstandigheden van 3 mA/cm² fietsten lithiumsymmetrische cellen die deze separatoren gebruikten stabiel gedurende 1.200 uur en vertoonden ze een uniforme lithiumafzetting, waardoor de groei van dendrieten effectief werd onderdrukt. Bovendien bereikten lithium-ijzerfosfaatzakcellen die waren uitgerust met de separatoren 1.000 cycli bij kamertemperatuur met een capaciteitsbehoud van 73,25% en werkten ze betrouwbaar bij 150 °C.

Dit onderzoek biedt een nieuwe benadering voor het ontwikkelen van betrouwbare, krachtige lithium-ionbatterijscheiders en productieprocessen, en biedt een veelbelovend pad om de veiligheid van batterijen te verbeteren.