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離子管理膜幫助鋰電池解決鋰枝晶生長(zhǎng)難題
2024年08月05日 10:53:32
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：小王 點(diǎn)擊量：6020
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(hù)成本的優(yōu)勢(shì)，成為了目前諸多領(lǐng)域的首選儲(chǔ)能媒介，被廣泛應(yīng)用到各種產(chǎn)品中。但也正因如此，許多時(shí)候，鋰電池本身也會(huì)成為限制產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸，甚至直接影響產(chǎn)品的壽命。所以，針對(duì)鋰電池現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行突破，成為了鋰電池研究中重要的一個(gè)課題。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】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(hù)成本的優(yōu)勢(shì)，成為了目前諸多領(lǐng)域的首選儲(chǔ)能媒介，被廣泛應(yīng)用到各種產(chǎn)品中。但也正因如此，許多時(shí)候，鋰電池本身也會(huì)成為限制產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸，甚至直接影響產(chǎn)品的壽命。所以，針對(duì)鋰電池現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行突破，成為了鋰電池研究中重要的一個(gè)課題。
“鋰枝晶”便是現(xiàn)階段鋰電池發(fā)展面臨的一個(gè)難題。鋰枝晶是鋰電池在充電過(guò)程中鋰離子還原時(shí)形成的樹(shù)枝狀金屬鋰，它的出現(xiàn)會(huì)影響鋰離子電池安全性和穩(wěn)定性。具體來(lái)說(shuō)，鋰枝晶的生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致鋰離子電池在循環(huán)過(guò)程中電極和電解液界面的不穩(wěn)定，破壞生成的固體電解質(zhì)界面膜。同時(shí)，在生長(zhǎng)過(guò)程中它還會(huì)不斷消耗電解液并導(dǎo)致金屬鋰的不可逆沉積，形成死鋰，造成低庫(kù)倫效率。此外，鋰枝晶本身還可能刺穿隔膜，導(dǎo)致鋰離子電池內(nèi)部短接，造成電池的熱失控，進(jìn)而引發(fā)電池燃燒等危險(xiǎn)情況。
事實(shí)上，即便到了今天，鋰枝晶的生長(zhǎng)機(jī)理在學(xué)術(shù)界還存在爭(zhēng)論，如何控制、抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)仍舊是一個(gè)重要且復(fù)雜的問(wèn)題。而就在最近，中國(guó)科學(xué)院近代物理研究所與先進(jìn)能源科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室研究人員組成的研究團(tuán)隊(duì)，針對(duì)這一問(wèn)題，提出了新的解決方案。
據(jù)悉，相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)利用離子徑跡技術(shù)和表面化學(xué)修飾工藝，研制出一種面向無(wú)枝晶鋰金屬陽(yáng)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(fù)電荷，有助于實(shí)現(xiàn)鋰離子的選擇性傳輸，并減小鋰離子濃度波動(dòng)。同時(shí)也保證了這些通道能夠作為離子分配器和鋰離子導(dǎo)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(dǎo)率和優(yōu)異的鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)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(huán)100次，庫(kù)侖效率超過(guò)96%；在1毫安每平方厘米條件下，可將鋰/鋰電池的循環(huán)壽命延長(zhǎng)至1200小時(shí)。
該成果，為更安全、更耐用的高性能鋰金屬電池開(kāi)發(fā)提供了新的思路和技術(shù)手段。相信未來(lái)，隨著研究的深入和技術(shù)的不斷完善，這種離子管理膜還將獲得進(jìn)一步的發(fā)展，并逐漸被運(yùn)用到民用產(chǎn)品中，帶動(dòng)鋰電池及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。
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