新型纳米裂纹结构隔膜的设计及其在锂离子电池中的应用

摘要

隔膜是电池的关键组件，能够提供离子传输通道并防止正负极接触短路，对储能系统的稳定运行至关重要.目前商业化锂离子电池隔膜主要通过干法和湿法工艺生产，尽管各类二次电池技术发展迅猛，但高端隔膜技术仍依赖进口，成为制约储能产业发展的瓶颈，开发高性能隔膜已成为当前研究的重中之重.传统湿法隔膜制备工艺的隔膜孔径分布和孔隙率可控，但其需大量使用洗脱溶剂，导致能耗高、工艺复杂且成本较高.本工作提出一种利用聚对苯二甲酸–己二酸丁二醇酯（PBAT）和等规聚丙烯（IPP）的相容性差异，采用简单的熔融共混–吹塑工艺实现聚合物微相分离，构建形成具有均匀的纳米裂纹结构的新型电池隔膜以实现离子传输(离子传导率达0.25 mS·cm^-1).该隔膜制备工艺省去传统湿法和干法隔膜工艺中的造孔步骤（溶剂洗脱或拉伸定型工序），显著提升生产效率并降低能耗.所制备隔膜表现出优异力学性能，横、纵向极限拉伸强度分别为7.52 MPa和21.74 MPa，应变高达392.41%和597.58%.组装Li//LiFePO₄电池后，在0.1 C电流密度下首周放电比容量达155.99 mA·h·g^-1，循环100次后容量保持率为92.9%，验证了该工艺的可行性.该研究为新型电池隔膜设计与工艺研发提供了新的思路.

关键词

电池隔膜 / 吹塑工艺 / 等规聚丙烯 / 纳米裂纹 / 电池性能

基金资助

国家自然科学基金资助项目（22375116,22001057,21902044）; 山东省自然科学基金资助项目（ZR2024QB112,ZR2024QB124）; 山东省高等学校青创人才引育计划资助项目