聚酰亚胺耐高温电池隔膜研究中获新进展

中国科学院近代物理研究所材料研究中心科研人员与兰州大学、先进能源科学与技术广东省实验室等相关团队合作，利用离子径迹技术研制出用于高性能锂离子电池的聚酰亚胺耐高温隔膜。相关研究成果于11月5日发表在美国化学学会纳米期刊（ACS Nano）上。

隔膜作为锂离子电池的关键部件之一，具有隔绝正负极和传导锂离子的功能，对电池的安全性至关重要。目前，商用锂离子电池的能量密度可达300瓦时每千克，并有望进一步得到提升。然而，在追求锂离子电池更高能量密度的同时，安全性问题不容忽视。传统聚烯烃隔膜热稳定性差，孔隙结构不均一，在高温下容易收缩并造成电池内部短路和引发热失控。

聚酰亚胺因热稳定性优异、机械强度高、化学稳定性良好被视为是高安全性隔膜的理想选择。因此，针对聚酰亚胺开展深入研究，开发具有均一孔道结构的聚酰亚胺隔膜并实现可控制备，对于充分发挥隔膜在提高电池安全性方面的作用十分重要。

科研人员依托兰州重离子研究装置（HIRFL），开发出基于离子径迹技术的耐高温聚酰亚胺隔膜制备新工艺。所制备的隔膜相较于传统聚烯烃隔膜优势明显，其机械强度高达150.6兆帕，耐高温性能卓越（450摄氏度下结构不收缩），孔径分布窄（孔径标准差＜6%），孔道结构垂直排列（迂曲度为1）。在3毫安每平方厘米的条件下，使用该隔膜的锂/锂对称电池可稳定循环1200小时，且在锂金属电极表面实现均匀、致密的锂沉积，表明其具有优异的锂枝晶抑制能力。

此外，使用该隔膜的磷酸铁锂软包电池在常温下可稳定循环1000次，容量保持率为73.25%，并表现出优异的高温性能，可在150摄氏度的环境温度下正常工作。

该研究工作为开发可靠的具有耐高温高性能锂离子电池隔膜和工艺提供了新思路，成为提高锂离子电池安全性的有效途径和手段之一。

相关论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c11217

聚酰亚胺离子径迹膜（左侧）和传统多孔隔膜（右侧）的安全特性示意图。近代物理研究所供图。