仿珍珠母層隔膜有效提升鋰電池抗衝擊性能

記者從中國科學技術大學獲悉，該校姚宏斌、倪勇和俞書宏研究團隊，運用仿生學原理構建仿珍珠母層隔膜，可有效保護鋰電池並降低安全隱患。研究成果於近日在線發表於國際材料領域頂級期刊《先進材料》上。

多孔的聚烯烴因其優異的電化學穩定性而被廣泛地用作鋰離子電池隔膜。作為電池正負極之間防止短路的隔絕層，聚烯烴內部的多孔結構有利於電池在充放電過程中的鋰離子通過，但也導致了隔膜較差的機械性能。尤其是當隔膜受到外部的局部衝擊時，其內部孔結構必然會產生畸變導致開裂和部分孔關閉，從而影響鋰電池的性能和安全性。目前業界廣泛使用陶瓷納米顆粒塗層來提高聚烯烴隔膜的熱穩定和對電解液的浸潤性，但是納米顆粒塗層很難有效抵抗局域化的外力衝擊作用，必然會導致電池內部在充放電過程中具有不均勻的鋰離子流，引發電極上不均勻的鋰沉積甚至導致鋰枝晶的生成。

為了解決這一難題，科研人員在聚烯烴隔膜表面構建仿珍珠層的“磚泥”有序結構。仿珍珠母塗層通過片滑移的作用有效擴大受力面積來耗散衝擊的應力，從而有效地保護了隔膜內部孔結構，維持電池內部均勻的鋰離子流。相對於使用商業陶瓷隔膜的軟包電池，採用仿珍珠層隔膜的軟包電池在面對衝擊時表現出較小的開路電壓變化和較好的循環穩定性以及高安全性。研究團隊對兩種隔膜組裝的軟包電池進行了衝擊試驗，結果表明，仿珍珠母層隔膜對電池具有良好的保護作用並且可以有效地降低安全隱患。

該研究成果提出了構建仿珍珠層增韌隔膜的策略，並從理論模擬和實驗測試上證明其提升鋰電池抗衝擊的能力，將為今後提升鋰電池的安全性開闢新途徑。