【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院近代物理研究所科研人員與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，相關成果發表在《先進能源材料》(Advanced Energy Materials)上。
在眾多鋰電池陽極材料中，鋰金屬陽極因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體積膨脹會造成電池性能下降，且帶來嚴重的安全問題，阻礙了它的進一步商業化應用。近年來，科研人員致力于尋求鋰枝晶生長問題的解決方案。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。隔膜作為不可或缺的鋰電池組件，不僅具有隔離電池正負極的功能，還可有效調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于開發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(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。該離子管理膜獨特的結構和化學特性使其具有較高的離子電導率(0.73 mS cm-1)和優異的鋰離子轉移數(0.80)，同時將鋰金屬陽極表面鋰離子濃度波動降至最低。該隔膜用于鋰/銅電池時，在0.5 mA cm-2下循環100次，庫侖效率超過96%。此外，在1.0 mA cm-2條件下，可將鋰/鋰電池的循環壽命延長至1200小時。對于Li/LiFePO4電池，該工藝可使比容量達到146 mAh g-1，并在1000次循環后保持79.84%的容量。
該研究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。
研究工作得到國家自然科學基金等的支持。
離子管理膜和傳統多孔隔膜的離子傳輸特性和陽極表面鋰沉積行為示意圖
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