顆粒在線(xiàn)訊：與熱失控（TR）相關(guān)的安全問(wèn)題目前是追求更高能量電池的主要挑戰(zhàn)之一。TR的根本原因在于電池內(nèi)部不受控制的放熱反應(yīng)，這會(huì)在幾秒鐘內(nèi)將電池溫度升高到400–1000°C。

正負(fù)極之間的內(nèi)部短路和化學(xué)串?dāng)_是觸發(fā)TR的兩個(gè)關(guān)鍵原因，這兩個(gè)原因都主要源于電池隔膜在高溫下的機(jī)械故障。

隔膜是介于正負(fù)極之間的離子滲透性電子絕緣膜，對(duì)電池的電化學(xué)性能和安全性能起著至關(guān)重要的作用。然而，商用聚烯烴隔膜不僅在高溫下不可避免地發(fā)生熱收縮，而且無(wú)法抑制活性氣體（如O2）的隱藏化學(xué)串?dāng)_，容易導(dǎo)致經(jīng)常報(bào)道的TR，從而阻止大規(guī)模實(shí)施高能量密度鋰離子電池。

鑒于此，清華大學(xué)何向明教授、王莉教授聯(lián)合美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Khalil Amine教授、徐桂良教授通過(guò)一種新穎的凝膠拉伸取向方法制備了具有46.7 nm均勻孔徑的非收縮聚酰亞胺(GS-PI)隔膜，以消除熱失控。

結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的Al2O3@PE隔膜相比，GS-PI隔膜有效地消除了隨著軟包電池溫度突然升高而引起的收縮所導(dǎo)致的TR。此外，GS-PI隔膜還提高了實(shí)用軟包電池的循環(huán)性能，尤其是在高溫下。該隔膜設(shè)計(jì)為開(kāi)發(fā)具有持久安全性的高能電池提供了可行的策略。

文章要點(diǎn)：

1、開(kāi)發(fā)了一種新穎的凝膠拉伸策略來(lái)制備具有優(yōu)異機(jī)械性能和電解液潤(rùn)濕能力的薄納米多孔GS-PI隔膜。

2、加熱過(guò)程中的原位同步輻射小角X射線(xiàn)散射清楚地表明，所制備的薄GS-PI隔膜在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械耐受性，從而有效地防止了內(nèi)部短路。同時(shí)，獨(dú)特的納米多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)一步阻止了化學(xué)串?dāng)_和相關(guān)的放熱反應(yīng)。

3、加速量熱測(cè)試表明，與Al2O3@PE大孔隔膜（131.6 °C s-1）相比，采用GS-PI納米多孔隔膜的實(shí)用1 Ah LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)/石墨軟包電池的最大溫升(dT/dtmax) 僅為 3.7 °C s?1。此外，盡管孔徑減小，但GS-PI隔膜在高溫下仍表現(xiàn)出比傳統(tǒng)Al2O3@PE隔膜更好的循環(huán)穩(wěn)定性，而不會(huì)犧牲比容量和倍率性能。

圖1 納米多孔GS-PI隔膜的制備和表征

圖2 GS-PI隔膜的熱穩(wěn)定性和潤(rùn)濕性

圖3 基于ARC的電池循環(huán)性能和熱安全測(cè)試

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202106335