基于芳纶自组装纳米纤维隔膜的高安全锂金属电池研究

来自国内的研究人员针对高能量密度电池的安全性问题，开发了一种新型1,3,5-三氨基苯氧基苯（TAB）共价交联聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）涂层聚乙烯（PE）隔膜（PPTA/TAB@PE）。该隔膜通过非溶剂诱导相分离形成多孔结构，显著提升锂离子迁移数（0.65），实现稳定的锂沉积/剥离行为，在Li||LiFePO4和Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电池中展现出优异倍率性能和循环稳定性，为高安全锂金属电池提供了创新解决方案。

　　

随着电动汽车和大规模储能行业的快速发展，高能量密度电池需要满足更高的安全标准。本研究报道了一种新颖、简单且连续的处理工艺，将1,3,5-三氨基苯氧基苯（TAB）共价交联的聚对苯二甲酰对苯二胺（poly(p-phenylene terephthamide), PPTA）涂层应用于商业聚乙烯（polyethylene, PE）隔膜（称为PPTA/TAB@PE），用于高安全性锂（lithium, Li）金属电池（lithium metal batteries, LMBs）。无需额外粘合剂，PPTA/TAB纳米纤维涂层通过物理锚定牢固附着于多孔PE隔膜，显著提高了复合隔膜的耐热性和机械性能。同时，通过非溶剂诱导相分离过程中原纤维单元组装形成的多孔结构，确保了锂离子（Li-ion）的迁移路径。所设计的PPTA/TAB@PE隔膜表现出高达0.65的锂离子迁移数。结果表明，使用该隔膜的对称锂电池（Li||Li）实现了稳定的锂沉积和剥离行为。相应的Li||磷酸铁锂（LiFePO₄）和Li||镍钴锰酸锂（LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂）半电池展现出高容量、优异的倍率性能和卓越的循环稳定性，显著优于使用商业隔膜的电池。本研究为设计功能化隔膜以提升锂金属电池性能提供了一种创新方法。

作者声明无利益冲突。