中國科學院近代物理研究所材料研究中心科研人員與蘭州大學、先進能源科學與技術廣東省實驗室等相關團隊合作，利用離子徑跡技術研制出用于高性能鋰離子電池的聚酰亞胺耐高溫隔膜。相關研究成果于11月5日發表在美國化學學會納米期刊(ACS Nano)上。
 

　　隔膜作為鋰離子電池的關鍵部件之一，具有隔絕正負極和傳導鋰離子的功能，對電池的安全性至關重要。目前，商用鋰離子電池的能量密度可達300瓦時每千克，并有望進一步得到提升。然而，在追求鋰離子電池更高能量密度的同時，安全性問題不容忽視。傳統聚烯烴隔膜熱穩定性差，孔隙結構不均一，在高溫下容易收縮并造成電池內部短路和引發熱失控。
 

　　聚酰亞胺因熱穩定性優異、機械強度高、化學穩定性良好被視為是高安全性隔膜的理想選擇。因此，針對聚酰亞胺開展深入研究，開發具有均一孔道結構的聚酰亞胺隔膜并實現可控制備，對于充分發揮隔膜在提高電池安全性方面的作用十分重要。
 

　　科研人員依托蘭州重離子研究裝置(HIRFL)，開發出基于離子徑跡技術的耐高溫聚酰亞胺隔膜制備新工藝。所制備的隔膜相較于傳統聚烯烴隔膜優勢明顯，其機械強度高達150.6兆帕，耐高溫性能卓越(450攝氏度下結構不收縮)，孔徑分布窄(孔徑標準差<6%)，孔道結構垂直排列(迂曲度為1)。在3毫安每平方厘米的條件下，使用該隔膜的鋰/鋰對稱電池可穩定循環1200小時，且在鋰金屬電極表面實現均勻、致密的鋰沉積，表明其具有優異的鋰枝晶抑制能力。此外，使用該隔膜的磷酸鐵鋰軟包電池在常溫下可穩定循環1000次，容量保持率為73.25%，并表現出優異的高溫性能，可在150攝氏度的環境溫度下正常工作(見下圖1)。
 

　　該研究工作為開發可靠的具有耐高溫高性能鋰離子電池隔膜和工藝提供了新思路，成為提高鋰離子電池安全性的有效途徑和手段之一。
 

　　此項工作第一作者為近代物理所博士研究生張琦忠和蘭州大學博士研究生陳林景，通訊作者為近代物理所劉杰研究員和姚會軍研究員。該工作得到了先進能源科學與技術廣東省實驗室、國家自然科學基金的支持。
 

圖1 ：聚酰亞胺離子徑跡膜(左側)和傳統多孔隔膜(右側)的安全特性示意圖
 

圖2 ：磷酸鐵鋰軟包電池的長循環性能對照
 

　　PITEMs:聚酰亞胺離子徑跡隔膜；CPS：商業聚烯烴隔膜