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鋰基電池在便攜式電子設(shè)備和新能源汽車等不同領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隔膜作為電極之間的物理屏障以及離子傳輸?shù)目煽繕蛄海诰S持電池的可持續(xù)性方面起著至關(guān)重要的作用。

遺憾的是，鋰基電池領(lǐng)域的大多數(shù)研究只集中在 20-25 μm 之間的隔膜上，以實(shí)現(xiàn)電池安全性和性能之間的平衡。然而，這樣厚的隔膜犧牲了電池內(nèi)部容納活性材料的自由空間，從而阻礙了下一代高能量密度鋰基電池的進(jìn)一步發(fā)展。具有強(qiáng)大機(jī)械強(qiáng)度的薄隔膜無(wú)疑是使鋰基電池更可靠、更安全的首選。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)何偉東等人綜述了鋰基電池、鋰離子電池(LIB)和鋰硫(Li-S)電池薄隔膜的最新進(jìn)展。

通常，理想的電池隔膜應(yīng)具備以下特性：

1）良好的熱穩(wěn)定性，保證高溫下的平穩(wěn)運(yùn)行；

2）足夠的機(jī)械強(qiáng)度以阻止枝晶滲透；

3）良好的電解液潤(rùn)濕性和足夠的電解液吸收以促進(jìn)電化學(xué)性能；

4）長(zhǎng)期化學(xué)穩(wěn)定性以提高電池的耐用性；

5）簡(jiǎn)單的制造技術(shù)和低成本。

圖1 隔膜厚度對(duì)體積能量密度的影響

該綜述討論了已發(fā)表的關(guān)于鋰離子電池和鋰硫電池中使用的薄隔膜的研究。目前，大多數(shù)關(guān)于薄膜的報(bào)道都是基于對(duì)傳統(tǒng)聚烯烴隔膜的改進(jìn)。通過(guò)在Celgard膜表面涂覆或接枝超薄功能層，可以顯著改善傳統(tǒng)聚烯烴隔膜高度疏水和熱不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。并且在鋰硫電池中可以實(shí)現(xiàn)多硫化物的抑制。

聚合物和無(wú)機(jī)納米顆粒是用于改性商業(yè)聚烯烴隔膜的常用材料。以這種方式制備的復(fù)合隔膜具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的電解液潤(rùn)濕性，這絕對(duì)有利于電池的電化學(xué)性能。特定的涂層可以顯著均勻化鋰離子的分布，通過(guò)鋰負(fù)極的界面改性減少鋰枝晶的沉積。MOF和COF等材料領(lǐng)域的一些熱點(diǎn)也為L(zhǎng)i-S電池薄隔膜的開(kāi)發(fā)提供了新思路，因?yàn)槠淇稍O(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和理想的性能帶來(lái)了出色的多硫化物抑制作用。

然而，薄改性聚烯烴隔膜的厚度受到基底膜厚度的嚴(yán)重限制。5μm的厚度已經(jīng)成為傳統(tǒng)聚烯烴隔膜的天花板。此外，就涂層的穩(wěn)定性而言，電池的長(zhǎng)期運(yùn)行仍然是一個(gè)大問(wèn)題。因此，需要更多的努力集中在尋找聚烯烴隔膜的高性能替代品和開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單高效的制造技術(shù)來(lái)制備薄隔膜。

圖2 鋰基電池薄隔膜的制備方法

Recent progress in thin separators for upgraded lithium ion batteries. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.028

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哈工大何偉東EnSM：用于先進(jìn)鋰離子電池的薄隔膜的最新進(jìn)展

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