鋰離子電池應用:纖維素氣凝膠膜的優勢有哪些?

隨著鋰離子電池在手機、電腦以及新能源交通工具中的廣泛使用,鋰離子電池的安全問題越來越受到人們的重視。隔膜作為鋰離子電池的重要部件,對於電池的安全性能有著重要的影響。現在使用的聚烯烴材質的電池隔膜具有強度高、化學穩定性好等優點,但是聚烯烴隔膜存在高溫下易收縮、與電解液親和性差等缺點,是造成鋰離子電池安全事故的重要原因。

中國科學院化學研究所張軍課題組以自然界中儲量最大的纖維素為原料,以新型綠色環保的“離子液體”為溶劑,開發瞭通過調控再生工藝制備透明、柔性、具有可調的三維納米孔結構和高孔隙率的纖維素氣凝膠的簡便方法。在此工作的基礎上,最近他們利用氣凝膠中三維納米孔結構作為鋰離子傳輸通道,成功地將纖維素氣凝膠膜應用於鋰離子電池,其優勢如下:

鋰離子電池應用:纖維素氣凝膠膜的優勢有哪些?

▲纖維素氣凝膠膜的制備(AmimCl為1-烯丙基-3-甲基咪唑氯鹽離子液體)

纖維素分子鏈上的大量羥基以及纖維素氣凝膠膜納米孔結構的毛細管效應,使纖維素氣凝膠膜對有機電解液有強的親和性,並可快速吸收大量有機電解液,吸液率可達325%;得到的纖維素基凝膠聚合物電解質的離子電導率可達2.81 mS/cm,遠高於商業隔膜;

以纖維素氣凝膠膜組裝的鋰離子電池具有優異的循環穩定性和高倍率性能;

纖維素特有的耐熱性賦予瞭纖維素基鋰離子電池隔膜良好的高溫穩定性,組裝得到的鋰離子電池在120℃下仍可以正常工作。

鋰離子電池應用:纖維素氣凝膠膜的優勢有哪些?

▲圖a為典型的纖維素氣凝膠膜的表面形貌,圖b為其斷面形貌

鋰離子電池應用:纖維素氣凝膠膜的優勢有哪些?

▲圖a為LiFePO4//電池隔膜//Li半電池的循環性能,圖b為其倍率性能(Celgard 2400為商業的聚烯烴隔膜)

另外,三維納米孔結構的存在有助於防止鋰離子電池自放電以及短路的發生,抑制鋰枝晶的形成。

因此,這種源於自然、綠色環保的纖維素氣凝膠膜在高安全性、高性能鋰離子電池中有著潛在的應用。

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