中國團隊研制出離子管理膜 為高性能锂金屬電池開發提供新思路
北京8月2日電 (記者 孫自法)記者8月2日從中國科學院近代物理研究所獲悉，該所科研人員與先進能源科學與技術廣東省實驗室相關團隊合作，基于蘭州重離子研究裝置，最近利用離子徑迹技術研制出一種面向無枝晶锂金屬陽極的離子管理膜，将助力高性能锂金屬電池開發，并為解決高性能锂金屬電池的安全性問題提供了新的思路。
這項在多功能電池隔膜設計和研發方面取得重要進展的成果論文，近日在國際專業學術期刊《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)發表。
離子管理膜和傳統多孔隔膜的離子傳輸特性及陽極表面锂沉積行為示意圖。(圖/桂小钰)
科研團隊介紹說，在衆多锂電池陽極材料中，锂金屬陽極因其具有最高的理論比容量和低電化學電位而受到持續關注。然而，在長期循環過程中，锂金屬陽極锂枝晶生長以及體積膨脹會造成電池性能下降并帶來嚴重的安全問題，阻礙其進一步商業化應用。
近年來，學界一直在努力尋求解決锂枝晶生長問題。研究發現，均勻的锂離子分布可實現锂金屬陽極表面锂均勻沉積并抑制锂枝晶生長。作為不可或缺的锂電池組件——隔膜，不僅具有隔離電池正負極的功能，還可以有效調控锂離子分布和傳輸特性。因此，尋找兼具锂離子“分配”“篩分”和“加速”功能的多功能隔膜對于開發高性能锂金屬電池具有重要意義。
在本項研究中，科研團隊基于蘭州重離子研究裝置，利用離子徑迹技術和表面化學修飾工藝研制出一種可有效“管理”離子分布和傳輸特性的電池隔膜—離子管理膜。該離子管理膜具有垂直排列、直徑均一、荷負電性的納米通道，可作為離子分配器和“锂離子導向器”，減小锂離子濃度波動并實現锂離子選擇性傳輸。
科研團隊表示，他們最新研制的離子管理膜以獨特的結構和化學特性，使其具有較高的離子電導率和優異的锂離子轉移數，同時将锂金屬陽極表面锂離子濃度波動降至最低。該隔膜用于锂/銅電池時，在0.5毫安每平方厘米下循環100次，庫侖效率超過96%；在1毫安每平方厘米條件下，可将锂/锂電池的循環壽命延長至1200小時。對于磷酸鐵锂電池，離子管理膜研制工藝可使比容量達到146毫安時每克，并在1000次循環後保持79.84%的容量。(完)
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