中新網北京8月2日電 (記者 孫自法)記者8月2日從中國科學院近代物理研究所獲悉，該所科研人員與先進能源科學與技術廣東省實驗室相關團隊合作，基於蘭州重離子研究裝置，最近利用離子徑跡技術研制出一種面向無枝晶鋰金屬陽極的離子管理膜，將助力高效能鋰金屬電池開發，並為解決高效能鋰金屬電池的安全性問題提供了新的思路。
這項在多功能電池隔膜設計和研發方面取得重要進展的成果論文，近日在國際專業學術期刊【先進能源材料】(Advanced Energy Materials)發表。
離子管理膜和傳統多孔隔膜的離子傳輸特性及陽極表面鋰沈積行為示意圖。(圖/桂小鈺)
科研團隊介紹說，在眾多鋰電池陽極材料中，鋰金屬陽極因其具有最高的理論比容量和低電化學電位而受到持續關註。然而，在長期迴圈過程中，鋰金屬陽極鋰枝晶生長以及體積膨脹會造成電池效能下降並帶來嚴重的安全問題，阻礙其進一步商業化套用。
近年來，學界一直在努力尋求解決鋰枝晶生長問題。研究發現，均勻的鋰離子分布可實作鋰金屬陽極表面鋰均勻沈積並抑制鋰枝晶生長。作為不可或缺的鋰電池元件——隔膜，不僅具有隔離電池正負極的功能，還可以有效調控鋰離子分布和傳輸特性。因此，尋找兼具鋰離子「分配」「篩分」和「加速」功能的多功能隔膜對於開發高效能鋰金屬電池具有重要意義。
在本項研究中，科研團隊基於蘭州重離子研究裝置，利用離子徑跡技術和表面化學修飾工藝研制出一種可有效「管理」離子分布和傳輸特性的電池隔膜—離子管理膜。該離子管理膜具有垂直排列、直徑均一、荷負電性的納米通道，可作為離子分配器和「鋰離子導向器」，減小鋰離子濃度波動並實作鋰離子選擇性傳輸。
科研團隊表示，他們最新研制的離子管理膜以獨特的結構和化學特性，使其具有較高的離子電導率和優異的鋰離子轉移數，同時將鋰金屬陽極表面鋰離子濃度波動降至最低。該隔膜用於鋰/銅電池時，在0.5毫安每平方厘米下迴圈100次，庫侖效率超過96%；在1毫安每平方厘米條件下，可將鋰/鋰電池的迴圈壽命延長至1200小時。對於磷酸鐵鋰電池，離子管理膜研制工藝可使比容量達到146毫安時每克，並在1000次迴圈後保持79.84%的容量。(完)
