離子管理膜幫助鋰電池解決鋰枝晶生長難題
【化工儀器網 行業百態】鋰電池作為可充電電池家族中的一員，憑借高能量密度和低維護成本的優勢，成為了目前諸多領域的首選儲能媒介，被廣泛應用到各種產品中。但也正因如此，許多時候，鋰電池本身也會成為限制產品發展的瓶頸，甚至直接影響產品的壽命。所以，針對鋰電池現有技術進行突破，成為了鋰電池研究中重要的一個課題。
“鋰枝晶”便是現階段鋰電池發展面臨的一個難題。鋰枝晶是鋰電池在充電過程中鋰離子還原時形成的樹枝狀金屬鋰，它的出現會影響鋰離子電池安全性和穩定性。具體來說，鋰枝晶的生長會導致鋰離子電池在循環過程中電極和電解液界面的不穩定，破壞生成的固體電解質界面膜。同時，在生長過程中它還會不斷消耗電解液并導致金屬鋰的不可逆沉積，形成死鋰，造成低庫倫效率。此外，鋰枝晶本身還可能刺穿隔膜，導致鋰離子電池內部短接，造成電池的熱失控，進而引發電池燃燒等危險情況。
事實上，即便到了今天，鋰枝晶的生長機理在學術界還存在爭論，如何控制、抑制鋰枝晶的生長仍舊是一個重要且復雜的問題。而就在最近，中國科學院近代物理研究所與先進能源科學與技術廣東省實驗室研究人員組成的研究團隊，針對這一問題，提出了新的解決方案。
據悉，相關研究團隊利用離子徑跡技術和表面化學修飾工藝，研制出一種面向無枝晶鋰金屬陽極的離子管理膜。這種離子管理膜具有垂直排列、直徑均一的納米通道。納米通道表面帶有負電荷，有助于實現鋰離子的選擇性傳輸，并減小鋰離子濃度波動。同時也保證了這些通道能夠作為離子分配器和鋰離子導向器，有效管理鋰離子的分布和傳輸，賦予了離子管理膜較高的離子電導率和優異的鋰離子轉移數。
實驗結果表明，使用離子管理膜的鋰/銅電池在0.5毫安每平方厘米下循環100次，庫侖效率超過96%；在1毫安每平方厘米條件下，可將鋰/鋰電池的循環壽命延長至1200小時。
該成果，為更安全、更耐用的高性能鋰金屬電池開發提供了新的思路和技術手段。相信未來，隨著研究的深入和技術的不斷完善，這種離子管理膜還將獲得進一步的發展，并逐漸被運用到民用產品中，帶動鋰電池及相關產業的進一步發展。
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