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          徐志康團隊制備出具有不對稱孔結構的復合鋰電池隔膜

          發表日期:2018-08-17 16:07文章編輯:國初科技瀏覽次數: 標簽:    

                 據高分子科學前沿微信公眾平臺2018年8月16日訊 鋰離子電池憑借其高能量密度、長壽命和無記憶效應等優點已被廣泛地應用于各種便攜式電子設備和動力裝置。鋰離子電池的安全性,尤其是在高溫工作條件下的運行穩定性,是電池應用的關鍵指標之一,正日益受到廣大研究者的關注。在鋰離子電池的結構中,多孔隔膜起到物理分隔正負極的作用,并且為鋰離子傳輸提供通道,對電池的充放電性能及安全性至關重要。一般認為,大孔徑隔膜有利于提高電導率,從而改善電池的初始放電容量和倍率放電性能;另一方面,較小的孔徑可以有效阻止鋰枝晶的生長以及電解液的流失,在提高電池的安全性能方面更具優勢。因此,如何簡單、有效地制備具有多層次孔結構的電池隔膜,成為同步提升電池性能和安全性的關鍵。
            最近,浙江大學徐志康教授課題組在Elsevier旗下Composites Communications期刊發表了題為“Sandwich-Structured Composite Separators with an Anisotropic Pore Architecture for Highly Safe Li-ion Batteries”的研究論文,報道了一種具有不對稱孔結構的復合鋰離子電池隔膜(SSCS)的制備新方法。在課題組前期發展的熱致相分離法(TIPS)制備梯度孔分離膜(Chinese J. Polym. Sci., 2016, 34, 1423−1435)的基礎上,該工作將聚偏氟乙烯(PVDF)與聚對苯二甲酸乙二酯(PET)無紡布進行復合,利用TIPS過程中成膜液內部和表面冷卻速率的差異(圖1a),得到了表面小孔、內部大孔的不對稱孔結構(圖1b,1c)。這種特殊結構使得隔膜具有較高的儲液量和較小的漏液率。另外,無紡布夾心層的存在提高了隔膜的熱穩定性,高溫下不易變形(圖2a)。同時該隔膜還具有高溫閉孔的特性(圖2b),從而避免了極端高溫工作條件下的電池短路問題,提高了電池使用的安全性。將這種復合隔膜用于LiFePO4/Li電池中,其放電容量和循環使用穩定性均優于商品化隔膜Celgard 2400,該性能提升得益于復合隔膜獨特的不對稱孔結構所賦予的高電導率和低界面阻抗。該工作為制備兼具優異的電池性能和安全性的鋰離子電池隔膜材料提供了一種新思路。

           

          徐志康團隊制備出具有不對稱孔結構的復合鋰電池隔膜

          圖1.(a)熱致相分離過程中成膜液溫度隨位置和時間變化的關系函數;(b)具有不對稱孔結構的復合隔膜的SEM照片與(c)孔徑分布。

          徐志康團隊制備出具有不對稱孔結構的復合鋰電池隔膜

          圖2.(a)不同隔膜的熱穩定性比較以及(b)復合薄膜的高溫閉孔特性。

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