隔膜在鋰離子電池中主要起到導(dǎo)通鋰離子和隔絕正負極之間電子接觸的作用，是支撐電池完成充放電電化學(xué)過程的重要構(gòu)件。當(dāng)電池出現(xiàn)過充或者溫度升高時，隔膜需要有足夠的熱穩(wěn)定性（熱變形溫度＞200 oC），以有效隔離電池正負極間的接觸，防止短路、熱失控甚至爆炸等事故的發(fā)生。目前廣泛使用的聚烯烴隔膜，其熔點及軟化溫度都較低（< 165 oC），難以有效保證電池的安全性，而其較低的孔隙率及低表面能則限制了電池倍率性能的發(fā)揮。在大力發(fā)展高安全性動力鋰電池的市場需求下，針對不同應(yīng)用方向的鋰電池研究和開發(fā)相匹配的新型耐高溫隔膜已經(jīng)成為一個重要方向。
寧波材料所動力鋰電池工程實驗室聯(lián)手大連化學(xué)物理研究所儲能技術(shù)研究部創(chuàng)新性地發(fā)展了一種新型耐高溫多孔隔膜。這種多孔隔膜可通過濕法過程一次成型制備，制備成本低，易于放大。初步研究結(jié)果表明，隔膜的熱變形溫度遠高于200℃，與商品化的無紡布隔膜的熱穩(wěn)定性相當(dāng)，可有效保障電池安全性。同時，這種多孔膜具有高孔隙率及高曲率的孔結(jié)構(gòu)，能夠在保證電池容量發(fā)揮的同時有效避免電池的微短路及自放電現(xiàn)象 (圖1)，為高安全性鋰電池更為理想的選擇，相關(guān)研究已申請中國發(fā)明專利（201410043479.7）。該研究工作已發(fā)表在Scientific Reports 2015, DOI:10.1038/srep08255。
圖1 耐熱多孔隔膜及其電化學(xué)穩(wěn)定性、自放電行為和鋰電池循環(huán)性能
受液流電池隔膜工作原理的啟發(fā)，近期，兩實驗室研究人員又共同探索了具有超薄離子可交換功能層的耐熱復(fù)合隔膜在錳系鋰離子電池中的應(yīng)用。所選用的離子交換功能層為含氟材料，能夠增強隔膜的熱穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)該類隔膜可以通過降低溶解錳離子對負極造成的破壞而起到緩解錳系鋰電池高溫容量衰減的作用（圖2）。該工作目前已被Journal of Materials Chemistry A（DOI: 10.1039/C4TA06908K）接收。
除了上述研究，動力鋰電池工程實驗室的研究人員還發(fā)展了基于三維耐熱骨架的凝膠復(fù)合隔膜（Journal of Materials Chemistry A 2014, 2, 9134–9141；Journal of Power Sources 2014, 271, 134-142）。該隔膜通過二次復(fù)合工藝可賦予隔膜優(yōu)異的耐熱性、阻燃性和高安全性，更適合大倍率充放電的鋰電池使用。
而通過優(yōu)化陶瓷隔膜涂層所用的陶瓷材料，實驗室科研人員還制備了一種新型陶瓷隔膜，與傳統(tǒng)陶瓷隔膜對比發(fā)現(xiàn)這種隔膜在大倍率高電壓鋰電池中具有良好應(yīng)用（Journal of Power Sources 2015, 273, 389-395）。此項研究已申請中國發(fā)明專利（201410284617.0, 201510042292.X）。
上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（Grant No. 51403227）、中國博士后科學(xué)基金（Grant No. 2014M551781）及寧波市自然科學(xué)基金（Grant No. 2014A610048）等項目的支持。
圖2 具有超薄離子可交換功能層的復(fù)合隔膜在錳系鋰離子電池中的工作原理示意圖
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