離子管理膜可抑制鋰金屬陽(yáng)極鋰枝晶生長(zhǎng)

記者8月4日從中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所獲悉，該所科研人員同先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，利用離子徑跡技術(shù)，研制出一種面向無(wú)枝晶鋰金屬陽(yáng)極的離子管理膜。相關(guān)成果近日發(fā)表在《先進(jìn)能源材料》上。

在眾多鋰電池陽(yáng)極材料中，鋰金屬陽(yáng)極因具有最高的理論比容量和低電化學(xué)電位而受到持續(xù)關(guān)注。然而，在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中，鋰金屬陽(yáng)極鋰枝晶生長(zhǎng)以及體積膨脹，會(huì)造成電池性能下降并帶來(lái)嚴(yán)重的安全問(wèn)題，阻礙了其進(jìn)一步商業(yè)化應(yīng)用。

近年來(lái)，科研人員一直致力于解決鋰枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，均勻的鋰離子分布，可實(shí)現(xiàn)鋰金屬陽(yáng)極表面鋰均勻沉積并抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。作為不可或缺的鋰電池組件，隔膜不僅具有隔離電池正負(fù)極的功能，還可有效調(diào)控鋰離子分布和傳輸特性。因此，尋找兼具鋰離子“分配”“篩分”和“加速”功能的多功能隔膜，對(duì)于開(kāi)發(fā)高性能鋰金屬電池具有重要意義。

科研人員基于蘭州重離子研究裝置，利用離子徑跡技術(shù)和表面化學(xué)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(fù)電性的納米通道，可作為離子分配器和鋰離子導(dǎo)向器，減小鋰離子濃度波動(dòng)并實(shí)現(xiàn)鋰離子選擇性傳輸。獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性，使該離子管理膜具有較高的離子電導(dǎo)率和優(yōu)異的鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)，同時(shí)能將鋰金屬陽(yáng)極表面鋰離子濃度波動(dòng)降至最低。

科研人員發(fā)現(xiàn)，該離子管理膜可提升電池使用效率、延長(zhǎng)電池使用壽命，這為設(shè)計(jì)和研制多功能電池隔膜以及解決高性能鋰金屬電池的安全性問(wèn)題提供了新的思路。

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