最近，中國科學技術大學的姚洪斌，倪勇和于樹宏教授的研究團隊受到珍珠母膜高韌性的啟發，提出了一種增強聚烯烴膜沖擊韌性的方法。 該小組有效地在聚乙烯隔膜的表面上構建了一層珠光涂層，以有效地保持撞擊后隔膜內部的孔結構，從而確保電池充放電期間鋰離子的均勻流動。 與使用商用陶瓷隔板的軟包裝電池相比，使用人造珍珠質膜的軟包裝電池在受到沖擊時顯示出小的開路電壓變化和更好的循環穩定性以及高安全性。 研究結果于11月6日在線發表在“高級材料”上，標題為耐沖擊鋰電池的Nacre啟發式隔膜涂層。
目前，陶瓷納米顆粒涂層被廣泛用于改善散熱性能。 聚烯烴隔膜的穩定性和電解質的潤濕性。 但是，應力分析表明，納米顆粒涂層很難有效地抵抗局部外部沖擊的作用，在充電和放電過程中不可避免地會導致鋰離子在電池中的流動不均勻，這將導致鋰在電極上的沉積不均勻，甚至導致 形成鋰樹枝狀晶體。 基于對天然珍珠母高韌性原理的深刻理解，研究小組在聚乙烯膜表面上構建了一種仿珍珠母的“磚和泥”有序結構。 當受到外力沖擊時，珍珠母涂層有效地擴大了受力區域，從而通過片材的滑移消除了沖擊應力，從而有效地保護了隔膜的內部孔隙結構并保持均勻的鋰離子 流入電池內部。
多孔聚烯烴由于其優異的電化學穩定性而被廣泛用作商業鋰離子電池隔膜。 聚烯烴隔膜作為電池正負極之間的防短路絕緣層，極大地影響了電池的安全性能。 內部多孔結構有利于鋰離子在充電和放電過程中通過電池，但同時也會導致隔板的機械性能較差。 尤其是當隔膜受到局部外部沖擊時，其內部孔結構將不可避免地引起變形并引起破裂和部分孔封閉，從而影響鋰電池的性能和安全性。
為了進一步確認采用珍珠母質的隔膜對商用電池安全性的影響，研究小組對裝有兩種隔膜的軟包裝電池進行了打孔。命中測試。 與使用市售納米顆粒涂層隔板的軟包裝電池相比，使用珍珠母隔板的軟包裝電池顯示出更低的瞬時開路電壓變化和更快的電壓恢復（圖2a，b）。 研究團隊還繼續研究了兩次撞擊后軟包裝電池的長期使用性能。 使用仿珍珠母涂層隔離膜的軟包裝電池在80個循環中仍顯示出良好的穩定性（圖2c）。 以上研究結果表明，珍珠母隔板對電池具有良好的保護作用，可以有效降低許多安全隱患。
這項工作提出了一種構建類似珍珠質的增韌隔膜的策略，并通過理論模擬和實驗測試證明了其改善鋰電池抗沖擊性的能力，這將為提高鋰電池的安全性開辟新途徑。 未來的鋰電池。 道路。
本文的共同第一作者是中國科學技術大學化學與材料科學學院應用化學系的碩士生宋永輝，以及中國科學技術大學的博士生吳開進。 現代力學系。 該研究得到了科技部，中國國家自然科學基金，中國科學院和國家同步輻射國家實驗室的支持。
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