鋰電池是一種高性能的儲能設(shè)備，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。然而，在使用過程中，鋰電池也會出現(xiàn)一些常見問題，其中之一就是鋰枝晶。
鋰枝晶是指在鋰金屬陽極表面形成的大量“菜花狀”的晶體。這些晶體是由于長時間使用傳統(tǒng)商業(yè)隔膜的鋰電池循環(huán)一定次數(shù)后，導(dǎo)致正極材料與負(fù)極材料之間的電解液隔膜發(fā)生破裂或破損所引起的。當(dāng)電解液中的鋰離子穿過隔膜時，會在陽極表面形成鋰枝晶。
鋰枝晶不僅會影響電池的性能和壽命，還會增加電池的安全風(fēng)險。當(dāng)鋰枝晶刺穿電池內(nèi)部的保護(hù)層時，會導(dǎo)致電池短路甚至報廢。此外，鋰枝晶還會影響電池的充放電效率，從而加速電池的老化過程。
為了避免鋰枝晶的形成，目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了一些新型的鋰電池隔膜技術(shù)。這些技術(shù)采用了更加先進(jìn)的材料和制造工藝，可以有效地防止電解液滲透和鋰離子泄漏。同時，這些技術(shù)還可以提高電池的安全性、穩(wěn)定性和使用壽命。
近日，中國科學(xué)院近代物理研究所材料研究中心科研團(tuán)隊與合作者開發(fā)了一種基于離子徑跡技術(shù)的多功能電池隔膜——離子管理膜（IMM）。
離子管理膜（右側(cè)）和傳統(tǒng)多孔隔膜（左側(cè)）的離子傳輸特性和陽極表面鋰沉積行為示意圖
在面向離子管理膜（IMM）的陽極表面上，實現(xiàn)了更為致密和均勻的鋰沉積，無明顯的鋰枝晶生長情況。
原來，傳統(tǒng)多孔隔膜（PPS）的孔道結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出孔徑和孔長均不一致的特征，因此隔膜孔道下方會形成不均勻的鋰離子濃度分布。
而這種離子管理膜具備豎直排列、孔徑均一的荷電負(fù)性納米孔道，呈現(xiàn)出均一的鋰離子濃度分布。
簡單來說，就是讓鋰離子在電池里更順暢、更高效地旅行，從而讓電池性能變得更好，充電更快，壽命更長。
離子管理膜助力實現(xiàn)無枝晶生長的鋰金屬陽極
中科院表示，在特定條件下，這種離子管理膜可將鋰電池的循環(huán)壽命延長至1200小時。對于Li/LiFePO4電池，該工藝可在1000次循環(huán)后保持79.84%的容量。
這項研究工作為多功能電池隔膜的設(shè)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。
論文信息：https://doi.org/10.1002/aenm.202401377
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