中国科研团队开发高温耐受聚酰亚胺隔膜提升锂离子电池安全性

时间：2024-11-20 04:56

小编：小世评选

近日，中国科学院近代物理研究所的材料研究中心科研团队与兰州大学及先进能源科学与技术广东省实验室等机构展开合作，共同研发出一种新型高温耐受聚酰亚胺隔膜，并将这一突破性的研究成果于11月5日发表在美国化学学会的纳米期刊（ACS Nano）上。这一研究不仅为锂离子电池的安全性提升提供了新的技术路径，也为相关领域的科技进步奠定了基础。

锂离子电池作为现代电子设备和电动汽车的重要能量储存器，随着技术的不断进步，尤其是在能量密度方面的提升，已逐渐成为推动汽车电动化和可再生能源普及的关键。随着能量密度的提升，锂离子电池的安全性问题日益突出。锂离子电池的核心部件之一就是隔膜，它不仅起到隔绝正负极的作用，还负责锂离子的导通。因此，开发安全性高、性能稳定的隔膜，已成为电池研发领域亟待解决的重要课题。

传统的商用锂离子电池隔膜主要以聚烯烃材料为主，这类材料在热稳定性及微观孔隙结构上表现不佳，容易在高温环境下发生收缩，进而造成电池内部短路的现象，甚至引发热失控，形成安全隐患。为了解决这一难题，科研团队针对聚酰亚胺材料进行深入研究，凭借其优越的热稳定性、良好的机械强度及化学耐受性，认为聚酰亚胺隔膜将成为提升锂离子电池安全性的理想选择。

在此背景下，研究小组依托兰州重离子研究装置（HIRFL），采用独特的离子径迹技术，成功研制出一款具备均一孔道结构的聚酰亚胺隔膜。通过这一创新方法制备出的聚酰亚胺隔膜，其机械强度达到了150.6兆帕，在450摄氏度的高温环境下不会出现结构收缩现象，且其孔径分布的标准差小于6%，孔道结构呈垂直排列。这样的设计使得该隔膜在结构完整性与导电性能方面双双优越。

在实验中，使用该聚酰亚胺隔膜的锂/锂对称电池，在3毫安每平方厘米的循环测试条件下表现稳定，能够持续1200小时，且在锂金属电极表面形成均匀致密的锂沉积。这一结果说明该隔膜具有极佳的锂枝晶抑制能力，从而有效减少短路和热失控的风险，进一步提升电池的安全性和寿命。

研究团队还对使用这种新型隔膜的磷酸铁锂软包电池进行了实验，结果显示在常温环境下可稳定循环1000次，容量保持率达73.25%。更加令人振奋的是，这种电池在高达150摄氏度的环境温度下同样能够正常工作，展现了卓越的高温性能。这为锂离子电池在绝缘性能和安全性上的改进提供了重要的参考依据。

综合以上研究成果，科研团队认为，这一耐高温聚酰亚胺隔膜的成功研发为构建安全可靠的锂离子电池隔膜体系提供了新思路，带来了有效的提升方案。此次研究的第一作者是近代物理所的博士研究生张琦忠和兰州大学的博士研究生陈林景，而通讯作者则是近代物理所的刘杰研究员和姚会军研究员。该研究得到了先进能源科学与技术广东省实验室和国家自然科学基金的资助。

通过这一项重要研究的开展，科研团队不仅推动了锂离子电池技术的进步，也为未来更安全、更高效的电池产品创造了可能的新局面。期待未来的研究能够继续深入，带来更多的行业变革和技术突破。