仿珍珠母层隔膜提升锂电池抗冲击性能

  中国科学技术大学姚宏斌、倪勇和俞书宏团队受自然界珍珠母层启发，运用仿生学原理构建仿珍珠母层隔膜以有效保护锂电池并降低安全隐患。该研究11月6日在线发表于《先进材料》。

  在商业化锂电池中，多孔的聚烯烃因其优异的电化学稳定性而被广泛地用做锂离子电池隔膜。作为电池正负极之间防止短路的隔绝层，聚烯烃内部的多孔结构有利于电池在充放电过程中的锂离子通过，但也导致了隔膜较差的机械性能。尤其是当隔膜受到外部的局部冲击时，其性能和安全性难以保障。目前业界广泛使用陶瓷纳米颗粒涂层来提高聚烯烃隔膜的热稳定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化的外力冲击作用。

  为改善锂电池的性能，研究人员在理解自然界珍珠母层高韧性原理的基础上，在聚乙烯隔膜表面构建仿珍珠层的“砖泥”有序结构。在受到外力冲击时，仿珍珠母涂层通过片片滑移有效扩大受力面积来耗散冲击的应力，从而有效地保护了隔膜内部孔结构，维持电池内部均匀的锂离子流。相对于传统锂电池，采用仿珍珠层隔膜的软包电池在冲击时表现出较小的开路电压变化和较好的循环稳定性以及高的安全性。

  为进一步证实仿珍珠母层隔膜对商业化电池安全性的作用，研究团队对两种隔膜组装的软包电池进行冲击试验。与使用商业纳米颗粒涂层隔膜的软包电池相比，运用仿珍珠母层隔膜的软包电池显示出更低的瞬时开路电压变化和更快的电压恢复。研究结果表明，仿珍珠母层隔膜对电池具有良好的保护作用并且可以有效地降低安全隐患。该研究为今后提升锂电池的安全性开辟新途径。