Китайская команда разрабатывает новый термостойкий сепаратор аккумуляторов для повышения безопасности литиевых батарей

В последнее время значительное внимание привлекли опасения по поводу безопасности литиевых батарей, особенно возможности резких высоких температур во время зарядки. Исследовательская группа из Института современной физики Китайской академии наук в сотрудничестве с Университетом Ланьчжоу и Лабораторией передовых энергетических наук и технологий провинции Гуандун разработала инновационный процесс создания высокотемпературных полиимидных сепараторов. Эта работа, выполненная с использованием технологии ионного трека и поддерживаемая ускорителем тяжелых ионов в Ланьчжоу, направлена на повышение безопасности литий-ионных аккумуляторов.

Результаты, представляющие собой значительный прогресс в материаловедении аккумуляторов, были опубликованы в журнале ACS Nano. И первый, и автор, ответственный за переписку, работают в Институте современной физики.

Команда объяснила, что сепараторы являются жизненно важными компонентами литий-ионных аккумуляторов, поскольку они изолируют электроды, обеспечивая транспортировку литий-ионных аккумуляторов. В то время как коммерческие литиевые батареи в настоящее время достигают плотности энергии до 300 Вт·ч/кг, вопросы безопасности становятся более важными с более высокой плотностью энергии. Традиционные полиолефиновые сепараторы, которые не обладают термической стабильностью и имеют неоднородную пористую структуру, склонны к усадке при высоких температурах, что может привести к короткому замыканию.

Полиимид считается идеальным материалом для более безопасных сепараторов благодаря своей превосходной термической стабильности, высокой механической прочности и химической стойкости. Разработка полиимидных сепараторов с однородной пористой структурой имеет важное значение для повышения безопасности аккумуляторов.

Используя технологию ионного трека, команда создала новый производственный процесс для полиимидных сепараторов. Эти сепараторы демонстрируют существенные преимущества перед полиолефиновыми:

• Высокая механическая прочность: до 150,6 МПа.
• Превосходная термическая стабильность: отсутствие усадки при 450°C.
• Распределение по размерам узких пор: стандартное отклонение <6%.
• Вертикально выровненные поровые каналы: извилистость = 1.

В условиях тестирования 3 мА/см² литиевые симметричные ячейки, использующие эти сепараторы, стабильно работали в течение 1 часов и показали равномерное осаждение лития, эффективно подавляя рост дендритов. Кроме того, литий-железо-фосфатные пакетные ячейки, оснащенные сепараторами, достигли 200 циклов при комнатной температуре с коэффициентом сохранения емкости 1,000% и надежно работали при 73 °C.

Это исследование предлагает новый подход к разработке надежных, высокопроизводительных сепараторов литий-ионных аккумуляторов и производственных процессов, обеспечивая многообещающий путь к повышению безопасности аккумуляторов.