我科学家研制出离子管理膜为高性能锂金属电池研发提供新思路

中国科学院近代物理研究所科研人员和先进能源科学与技术广东省实验室相关团队合作，利用离子径迹技术研制出一种面向无枝晶锂金属阳极的离子管理膜，为多功能电池隔膜的设计和研制，以及解决高性能锂金属电池的安全性问题提供了新的思路。相关成果日前发表在《先进能源材料》上。

在众多锂电池阳极材料中，锂金属阳极因其具有最高的理论比容量和低电化学电位而受到持续关注。然而，在长期循环过程中，锂金属阳极锂枝晶生长以及锂金属与电解液的副反应，会造成电池性能下降并带来严重的安全问题，阻碍了它进一步的商业化应用。

近年来，科研人员一直在努力寻求解决锂枝晶生长问题。研究发现，均匀的锂离子分布可实现锂金属阳极表面锂均匀沉积并抑制锂枝晶生长。中国科学院近代物理研究所科研人员基于兰州重离子研究装置（HIRFL），利用离子径迹技术和表面化学修饰工艺研制出一种可有效“管理”离子分布和传输特性的电池隔膜——离子管理膜。该离子管理膜具有垂直排列、直径均一、荷负电性的纳米通道，可作为离子分配器和“锂离子导向器”，减小锂离子浓度波动并实现锂离子选择性传输。

该离子管理膜凭借独特的结构和化学特性，具有较高的离子电导率和优异的锂离子转移数，同时将锂金属阳极表面锂离子浓度波动降至最低，使用该隔膜表现出优异的抑制锂枝晶的性能。锂/锂电池应用该隔膜后，在1毫安每平方厘米条件下，可稳定循环1200小时，超过传统商业隔膜2倍多；对于锂/磷酸铁锂电池，该工艺可使比容量达到146毫安时每克，并在1000次循环后保持79.84%的容量，显著高于传统多孔隔膜，即现有商业隔膜的水平。