这项在多功能电池隔膜设计和研发方面取得重要进展的成果论文，近日在国际专业学术期刊《先进能源材料》(Advanced Energy Materials)发表。
离子管理膜和传统多孔隔膜的离子传输特性及阳极表面锂沉积行为示意图。(图/桂小钰)
科研团队介绍说，在众多锂电池阳极材料中，锂金属阳极因其具有最高的理论比容量和低电化学电位而受到持续关注。然而，在长期循环过程中，锂金属阳极锂枝晶生长以及体积膨胀会造成电池性能下降并带来严重的安全问题，阻碍其进一步商业化应用。
近年来，学界一直在努力寻求解决锂枝晶生长问题。研究发现，均匀的锂离子分布可实现锂金属阳极表面锂均匀沉积并抑制锂枝晶生长。作为不可或缺的锂电池组件——隔膜，不仅具有隔离电池正负极的功能，还可以有效调控锂离子分布和传输特性。因此，寻找兼具锂离子“分配”“筛分”和“加速”功能的多功能隔膜对于开发高性能锂金属电池具有重要意义。
在本项研究中，科研团队基于兰州重离子研究装置，利用离子径迹技术和表面化学修饰工艺研制出一种可有效“管理”离子分布和传输特性的电池隔膜—离子管理膜。该离子管理膜具有垂直排列、直径均一、荷负电性的纳米通道，可作为离子分配器和“锂离子导向器”，减小锂离子浓度波动并实现锂离子选择性传输。
科研团队表示，他们最新研制的离子管理膜以独特的结构和化学特性，使其具有较高的离子电导率和优异的锂离子转移数，同时将锂金属阳极表面锂离子浓度波动降至最低。该隔膜用于锂/铜电池时，在0.5毫安每平方厘米下循环100次，库仑效率超过96%；在1毫安每平方厘米条件下，可将锂/锂电池的循环寿命延长至1200小时。对于磷酸铁锂电池，离子管理膜研制工艺可使比容量达到146毫安时每克，并在1000次循环后保持79.84%的容量。
