我科學家研制出離子管理膜為高性能鋰金屬電池研發提供新思路

中國科學院近代物理研究所科研人員和先進能源科學與技術廣東省實驗室相關團隊合作，利用離子徑跡技術研制出一種面向無枝晶鋰金屬陽極的離子管理膜，為多功能電池隔膜的設計和研制，以及解決高性能鋰金屬電池的安全性問題提供了新的思路。相關成果日前發表在《先進能源材料》上。

在眾多鋰電池陽極材料中，鋰金屬陽極因其具有最高的理論比容量和低電化學電位而受到持續關注。然而，在長期循環過程中，鋰金屬陽極鋰枝晶生長以及鋰金屬與電解液的副反應，會造成電池性能下降并帶來嚴重的安全問題，阻礙了它進一步的商業化應用。

近年來，科研人員一直在努力尋求解決鋰枝晶生長問題。研究發現，均勻的鋰離子分布可實現鋰金屬陽極表面鋰均勻沉積并抑制鋰枝晶生長。中國科學院近代物理研究所科研人員基于蘭州重離子研究裝置（HIRFL），利用離子徑跡技術和表面化學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、荷負電性的納米通道，可作為離子分配器和“鋰離子導向器”，減小鋰離子濃度波動并實現鋰離子選擇性傳輸。

該離子管理膜憑借獨特的結構和化學特性，具有較高的離子電導率和優異的鋰離子轉移數，同時將鋰金屬陽極表面鋰離子濃度波動降至最低，使用該隔膜表現出優異的抑制鋰枝晶的性能。鋰/鋰電池應用該隔膜后，在1毫安每平方厘米條件下，可穩定循環1200小時，超過傳統商業隔膜2倍多；對于鋰/磷酸鐵鋰電池，該工藝可使比容量達到146毫安時每克，并在1000次循環后保持79.84%的容量，顯著高于傳統多孔隔膜，即現有商業隔膜的水平。