Equipe chinesa desenvolve novo separador de bateria resistente a altas temperaturas para melhorar a segurança da bateria de lítio

Recentemente, as preocupações com a segurança das baterias de lítio – particularmente o potencial para altas temperaturas repentinas durante o carregamento – atraíram atenção significativa. Uma equipa de investigação do Instituto de Física Moderna da Academia Chinesa de Ciências, em colaboração com a Universidade de Lanzhou e o Laboratório Provincial de Guangdong de Ciência e Tecnologia Energética Avançada, desenvolveu um processo inovador para a criação de separadores de poliimida resistentes a altas temperaturas. Este trabalho, realizado com recurso à tecnologia de iões e apoiado pelo Acelerador de Iões Pesados de Lanzhou, visa melhorar a segurança das baterias de iões de lítio.

Os resultados, que representam um avanço significativo na ciência do material das baterias, foram publicados na revista ACS Nano. Tanto o primeiro autor como o autor correspondente são do Instituto de Física Moderna.

A equipa explicou que os separadores são componentes vitais das baterias de iões de lítio, uma vez que isolam os elétrodos enquanto permitem o transporte de iões de lítio. Embora as baterias de lítio comerciais atinjam agora densidades de energia de até 300 Wh/kg, as questões de segurança tornam-se mais críticas com densidades de energia mais elevadas. Os separadores tradicionais de poliolefina, que carecem de estabilidade térmica e apresentam estruturas de poros inconsistentes, são propensos a encolhimento a altas temperaturas, potencialmente causando curto-circuitos.

A poliimida é considerada um material ideal para separadores mais seguros devido à sua excelente estabilidade térmica, alta resistência mecânica e durabilidade química. O desenvolvimento de separadores de poliimida com estruturas de poros consistentes é essencial para melhorar a segurança da bateria.

Usando a tecnologia de trilha de íons, a equipe criou um novo processo de fabricação para separadores de poliimida. Estes separadores demonstram vantagens significativas em relação aos de poliolefina:

• Alta resistência mecânica: até 150,6 MPa.
• Excelente estabilidade térmica: sem encolhimento a 450°C.
• Distribuição estreita do tamanho dos poros: desvio padrão <6%.
• Canais de poros verticalmente alinhados: tortuosidade = 1.

Em condições de teste de 3 mA/cm², as células simétricas de lítio usando esses separadores pedalaram de forma estável por 1.200 horas e mostraram deposição uniforme de lítio, suprimindo efetivamente o crescimento do dendrito. Além disso, as células de bolsa de fosfato de ferro de lítio equipadas com os separadores alcançaram 1.000 ciclos à temperatura ambiente com uma taxa de retenção de capacidade de 73,25% e operaram de forma confiável a 150°C.

Esta pesquisa oferece uma nova abordagem para o desenvolvimento de separadores de bateria de íon de lítio confiáveis e de alto desempenho e processos de fabricação, fornecendo um caminho promissor para melhorar a segurança da bateria.