可逆锂金属电池隔膜的定量介电常数调控技术

《Journal of the American Chemical Society》：Quantitative Dielectric Constant Engineering of the Separator for Reversible Lithium Metal Batteries

　　

摘要

目前关于锂金属电池隔膜的研究缺乏统一的理论框架和关键的定量参数，这限制了电池的可逆性、界面稳定性以及使用寿命。在本研究中，我们发现了隔膜介电常数与离子传输动力学之间存在明显的非线性关联。具体而言，通过利用有机-水界面反应在聚丙烯隔膜上引发缩聚反应，可以实现对隔膜介电常数的宽范围调控（2.7–9.1）。该介电常数可作为描述电池内部电场作用下隔膜极化情况的有效指标。介电常数处于中间值（约5.4）的隔膜能够在离子传输动力学、SEI稳定性以及锂离子沉积之间实现最佳平衡；而介电常数过低或过高的隔膜则分别容易导致富含有机物质的SEI形成以及离子传输动力学受限。通过这一策略，所设计的Li||LiFePO₄软包电池（不含包装重量时的能量密度为416.4 Wh/kg）在经过1000次循环后仍能保持初始容量的76.88%。