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復(fù)旦趙東元院士/楊東AM：分級(jí)多孔二氧化硅膜替代傳統(tǒng)聚合物隔膜

鋰離子電池（LIBs）中的商用聚合物隔膜通常存在孔隙率有限、電解液潤(rùn)濕性低、熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性差等問題，這會(huì)降低電池性能，尤其是在高電流密度下。

復(fù)旦大學(xué)趙東元院士、楊東等報(bào)道了通過在正極表面組裝中空介孔二氧化硅（HMS）顆粒，設(shè)計(jì)分級(jí)多孔、超輕二氧化硅膜，以作為高性能LIBs的隔膜。

圖1 材料表征

除了緊密堆積的顆粒之間的間隙大孔外，單個(gè)HMS顆粒豐富的中孔和中空內(nèi)部不僅為快速離子傳輸提供了額外的低迂回途徑，而且還有效地重新分配了鋰離子通量以實(shí)現(xiàn)均勻的鋰沉積。

同時(shí)，HM顆粒的內(nèi)腔可以作為電解液的儲(chǔ)存庫(kù)，有利于提高電化學(xué)動(dòng)力學(xué)。此外，得益于其無(wú)機(jī)和分級(jí)多孔性質(zhì)，此類HMS隔膜顯示出比市售聚丙烯（PP）隔膜更好的電解液親和力、熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。

圖2 LFP電池性能

以LiFePO₄ (LFP)正極為例，研究表明具有自組裝HMS隔膜的LIBs可以提供高容量（0.5 C 時(shí)為 167 mAh g^-1）和出色的倍率性能（5 C 時(shí)為108 mAh g^-1），循環(huán)穩(wěn)定性突出，800次循環(huán)后無(wú)明顯衰減，優(yōu)于PP和Al₂O₃改性PP隔膜以及由固體二氧化硅顆粒制成的隔膜。

圖3 不同隔膜的離子傳輸和鋰沉積行為示意圖

Hierarchically Porous Silica Membrane as Separator for High-Performance Lithium-Ion Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202107957

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