本文摘要:多孔的聚烯烃因其出色的电化学稳定性而被普遍地用于商业化锂离子电池隔膜。

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多孔的聚烯烃因其出色的电化学稳定性而被普遍地用于商业化锂离子电池隔膜。作为电池正负极之间以防短路的阻隔层,聚烯烃隔膜很大地影响着电池的安全性性能。

其内部的多孔结构不利于电池在充放电过程中的锂离子通过,但也造成了隔膜较好的机械性能。特别是在是当隔膜受到外部的局部冲击时,其内部孔结构必定不会产生畸变造成裂开和部分孔重开,从而影响锂电池的性能和安全性。近日,中国科学技术大学教授姚宏斌、倪勇和俞书宏研究团队不受珍珠层具备高韧性的灵感,明确提出了一种增强聚烯烃隔膜外用冲击韧性的方法。

该团队通过在聚乙烯隔膜表面建构仿照珍珠层涂层,有效地保持了冲击后隔膜内部的孔结构,从而确保了电池充放电过程中具备均匀分布的锂离子流。相对于用于商业陶瓷隔膜的软包电池,使用仿照珍珠层隔膜的软包电池在冲击时展现出出有较小的开路电压变化和较好的循环稳定性以及低的安全性。该研究成果于11月6日以ANacre-InspiredSeparatorCoatingforImpact-TolerantLithiumBatteries为题在线公开发表在《先进设备材料》(AdvancedMaterials)上。目前普遍用于陶瓷纳米颗粒涂层来提升聚烯烃隔膜的热平稳和对电解液的浸润性,然而受力分析表明纳米颗粒涂层很难有效地抵抗局域简化的外力冲击起到,其必定不会造成电池内部在充放电过程具备不均匀分布的锂离子流,引起电极上不均匀分布的锂沉积甚至造成锂枝晶的分解(如图1a)。

该研究团队在深刻理解自然界珍珠母层高韧性原理的基础上,在聚乙烯隔膜表面建构仿照珍珠层的“砖泥”有序结构。在受到外力冲击时,仿照珍珠母涂层通过片片位移的起到有效地不断扩大受力面积来力学系统冲击的形变,从而有效地维护了隔膜内部孔结构,保持电池内部均匀分布的锂离子流(如图1b)。

为了更进一步证实珍珠层灵感的隔膜对商业化电池安全性的起到,研究团队对两种隔膜装配的软包电池展开冲击试验。与用于商业纳米颗粒涂层隔膜的软包电池比起,运用仿照珍珠母层隔膜的软包电池表明出有更加较低的瞬时开路电压变化和更加慢的电压完全恢复(如图2a,b)。研究团队还之后实地考察了受两次冲击后软包电池的长循环性能,用于仿照珍珠母涂层隔膜的软包电池在多达80个循环中仍表明出有较好的稳定性(如图2c)。

上述研究结果表明,仿照珍珠母层隔膜对电池具备较好的维护起到并且可以有效地减少许多安全隐患。该工作明确提出了建构仿照珍珠层增韧隔膜的策略,并从理论仿真和实验测试上证明其提高锂电池抗冲击的能力,这将为今后提高锂电池的安全性修筑新途径。该论文联合第一作者为中国科大化学与材料科学学院应用于化学系硕士生宋永慧与近代力学系由博士生吴开金。

该研究获得科技部、国家自然科学基金委、中科院和国家实时电磁辐射国家实验室的反对。图1.商业陶瓷纳米颗粒涂层隔膜和仿照珍珠母层隔膜受到冲击后的形变分析图2.。

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