中國科學(xué)院近代物理研究所材料研究中心與蘭州大學(xué)、先進能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室聯(lián)手，通過創(chuàng)新的離子徑跡技術(shù)，成功研發(fā)出高性能鋰離子電池所需的聚酰亞胺耐高溫隔膜，相關(guān)成果已在美國化學(xué)學(xué)會納米期刊上發(fā)布。
在鋰離子電池中，隔膜的作用舉足輕重，它不僅隔離正負極，還負責(zé)鋰離子的傳導(dǎo)，對電池安全有著至關(guān)重要的影響。當(dāng)前，盡管商用鋰離子電池的能量密度已達到300瓦時每千克，并在持續(xù)提升中，但安全性問題仍然亟待解決。傳統(tǒng)的聚烯烴隔膜熱穩(wěn)定性不佳，孔隙結(jié)構(gòu)不均勻，容易在高溫下收縮，從而引發(fā)電池內(nèi)部短路和熱失控。
聚酰亞胺材料因其出色的熱穩(wěn)定性、高強度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，被視為提升電池安全性的理想隔膜材料。研究團隊針對聚酰亞胺進行了深入研究，力求開發(fā)出具有均勻孔道結(jié)構(gòu)且可控制備的隔膜，以提升電池的整體安全性。
利用蘭州重離子研究裝置，科研人員成功開發(fā)出基于離子徑跡技術(shù)的聚酰亞胺耐高溫隔膜制備新工藝。這種新型隔膜在多個方面均表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢：其機械強度高達150.6兆帕，能夠在450攝氏度的高溫下保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，孔徑分布極為均勻，且孔道結(jié)構(gòu)呈垂直排列。
實驗結(jié)果顯示，在3毫安每平方厘米的條件下，裝備了這種隔膜的鋰/鋰對稱電池能夠穩(wěn)定循環(huán)1200小時，同時在鋰金屬電極表面實現(xiàn)了均勻且致密的鋰沉積，證明了其卓越的鋰枝晶抑制能力。在常溫條件下，使用這種隔膜的磷酸鐵鋰軟包電池能夠穩(wěn)定循環(huán)1000次，容量保持率高達73.25%，并且在150攝氏度的高溫環(huán)境下仍能正常工作。
該研究不僅為高性能鋰離子電池隔膜的開發(fā)提供了新的思路，也為提升鋰離子電池的安全性提供了有效的技術(shù)途徑。
