二维片状氢氧化铝/二氧化钛纳米复合改性隔膜助力高性能锂金属电池

针对锂金属电池(LMBs)中锂枝晶穿透隔膜导致短路的安全隐患，研究人员通过Ti0.87O2模板辅助异相成核技术，成功制备出比表面积达309.05 m2 g?1的二维Al(OH)3纳米片复合隔膜。该隔膜通过均匀化Li+通量分布，使对称电池实现数千小时无短路循环，LFP全电池在60°C极端条件下300次循环后仍保持79%容量，为高能量密度电池设计提供新思路。

　　

锂金属电池(LMBs)因其3860 mAh g^?1的超高理论容量被视为下一代储能技术，但锂枝晶生长引发的短路问题始终制约其商业化进程。传统聚烯烃隔膜(PE/PP)存在热稳定性差(PE熔点130-140°C)、电解液润湿性不足等缺陷，导致Li⁺通量分布不均，加速枝晶形成。尽管陶瓷涂层技术能改善隔膜性能，但非晶态Al(OH)₃的二维形貌控制仍是技术难点。

江汉大学等机构的研究人员创新性地采用Ti_0.87O₂纳米片模板辅助策略，通过调控四丁基氢氧化铵浓度(0.005-0.040 M)和冷冻干燥工艺，成功制备出超薄二维Al(OH)₃纳米片(Al(OH)₃-NS)。该材料具有309.05 m² g^?1的创纪录比表面积和丰富表面羟基，所制复合隔膜在《Journal of Energy Storage》发表的研究中展现出突破性性能。

关键技术包括：1) Ti_0.87O₂模板辅助异相成核控制二维形貌；2) 酸基沉淀法优化合成参数；3) 冷冻干燥保持纳米片结构；4) 对称电池和LFP全电池(N/P=2.8)电化学测试体系。

【可控合成片状Al(OH)₃】
通过对比直接混合与逐滴加样法，发现后者能利用Ti_0.87O₂模板的负电表面引导Al³⁺定向吸附，实现异相成核。SEM显示所得纳米片厚度约5 nm，XRD证实其非晶态特征。

【复合隔膜性能】
Al(OH)₃-NS@PP隔膜接触角低至13°，电解液吸收率提升3倍。DSC测试显示其热分解起始温度比PP隔膜提高85°C，180°C热处理后仍保持完整形貌。

【电化学性能】
对称电池在0.5 mA cm^?2下稳定循环5000小时无短路。LFP全电池在0.5C倍率下循环200次容量保持140.8 mAh g^?1，高温(60°C)循环300次容量保持率达79%，显著优于商用隔膜。

该研究突破性地解决了非晶态材料二维形貌控制难题，开发的隔膜兼具机械强度(5.3 MPa)、热稳定性和超亲电解液特性。通过均匀Li⁺通量分布，有效抑制枝晶生长，为高能量密度LMBs安全设计提供新范式。Chang Hong等作者强调，这种模板辅助合成策略可拓展至其他非层状材料的二维化制备，具有重要方法论意义。