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仿珍珠母层隔膜 有效提升锂电池抗冲击性能

  2019-11-19

记者从中国科学技术大学获悉,该校姚宏斌、倪勇和俞书宏研究团队,运用仿生学原理构建仿珍珠母层隔膜,可有效保护锂电池并降低安全隐患。研究成果于近日在线发表于国际材料领域顶级期刊《先进材料》上。

多孔的聚烯烃因其优异的电化学稳定性而被广泛地用作锂离子电池隔膜。作为电池正负极之间防止短路的隔绝层,聚烯烃内部的多孔结构有利于电池在充放电过程中的锂离子通过,但也导致了隔膜较差的机械性能。尤其是当隔膜受到外部的局部冲击时,其内部孔结构必然会产生畸变导致开裂和部分孔关闭,从而影响锂电池的性能和安全性。目前业界广泛使用陶瓷纳米颗粒涂层来提高聚烯烃隔膜的热稳定和对电解液的浸润性,但是纳米颗粒涂层很难有效抵抗局域化的外力冲击作用,必然会导致电池内部在充放电过程中具有不均匀的锂离子流,引发电极上不均匀的锂沉积甚至导致锂枝晶的生成。

为了解决这一难题,科研人员在聚烯烃隔膜表面构建仿珍珠层的“砖泥”有序结构。仿珍珠母涂层通过片滑移的作用有效扩大受力面积来耗散冲击的应力,从而有效地保护了隔膜内部孔结构,维持电池内部均匀的锂离子流。相对于使用商业陶瓷隔膜的软包电池,采用仿珍珠层隔膜的软包电池在面对冲击时表现出较小的开路电压变化和较好的循环稳定性以及高安全性。研究团队对两种隔膜组装的软包电池进行了冲击试验,结果表明,仿珍珠母层隔膜对电池具有良好的保护作用并且可以有效地降低安全隐患

该研究成果提出了构建仿珍珠层增韧隔膜的策略,并从理论模拟和实验测试上证明其提升锂电池抗冲击的能力,将为今后提升锂电池的安全性开辟新途径。(记者吴长锋 通讯员杨凡)

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