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仿珍珠母層隔膜提升鋰電池抗沖擊性能

來源:中國科學報 楊凡 訪問:559 時間:2019-11-15

  中國科學技術大學姚宏斌、倪勇和俞書宏團隊受自然界珍珠母層啟發,運用仿生學原理構建仿珍珠母層隔膜以有效保護鋰電池并降低安全隱患。該研究11月6日在線發表于《先進材料》。

  在商業化鋰電池中,多孔的聚烯烴因其優異的電化學穩定性而被廣泛地用做鋰離子電池隔膜。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于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沖擊時,其性能和安全性難以保障。目前業界廣泛使用陶瓷納米顆粒涂層來提高聚烯烴隔膜的熱穩定和對電解液的浸潤性,然而受力分析表明,納米顆粒涂層很難有效地抵抗局域化的外力沖擊作用。

  為改善鋰電池的性能,研究人員在理解自然界珍珠母層高韌性原理的基礎上,在聚乙烯隔膜表面構建仿珍珠層的“磚泥”有序結構。在受到外力沖擊時,仿珍珠母涂層通過片片滑移有效擴大受力面積來耗散沖擊的應力,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。相對于傳統鋰電池,采用仿珍珠層隔膜的軟包電池在沖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的安全性。

  為進一步證實仿珍珠母層隔膜對商業化電池安全性的作用,研究團隊對兩種隔膜組裝的軟包電池進行沖擊試驗。與使用商業納米顆粒涂層隔膜的軟包電池相比,運用仿珍珠母層隔膜的軟包電池顯示出更低的瞬時開路電壓變化和更快的電壓恢復。研究結果表明,仿珍珠母層隔膜對電池具有良好的保護作用并且可以有效地降低安全隱患。該研究為今后提升鋰電池的安全性開辟新途徑。

  (原載于《中國科學報》 2019-11-15 第3版 綜合)
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