従来の市販のセパレーターを使用してリチウム電池を一定回数サイクルした後、多数の「カリフラワーのような」リチウム樹枝状結晶がリチウム金属アノードの表面に現れます。リチウム樹枝状結晶は、リチウム金属電池でよく見られる問題です。これらはバッテリーの短絡を引き起こすだけでなく、バ​​ッテリーの劣化プロセスを加速させます。

最近、中国科学院現代物理研究所材料研究センターの科学研究チームとその協力者は、イオン追跡技術 - イオン管理膜 (IMM) に基づいた多機能バッテリーセパレーター。


イオン管理膜(右)と従来の多孔質セパレータ(左)のアノード表面におけるイオン輸送特性とリチウム析出挙動の模式図

イオン管理膜 (IMM) に面するアノード表面では、明らかなリチウムデンドライトの成長を伴わずに、より高密度で均一なリチウムの堆積が達成されます。

従来の多孔質セパレーター (PPS) の細孔構造は一貫性のない細孔直径と細孔長を示し、その結果、セパレーター細孔下のリチウムイオン濃度分布が不均一になることが判明しました。

このイオン管理膜は、電気陰性度のナノ細孔が均一な細孔径で垂直に配列されており、均一なリチウムイオン濃度分布を示します。

簡単に言えば、リチウムイオンがバッテリー内でよりスムーズかつ効率的に移動できるようになり、バッテリーの性能が向上し、充電が速くなり、寿命が長くなります。


イオン管理膜は樹枝状結晶成長のないリチウム金属アノードの実現に役立ちます

中国科学院は、特定の条件下では、このイオン管理膜によりリチウム電池のサイクル寿命を1,200時間まで延長できると発表した。 Li/LiFePO4 バッテリーの場合、このプロセスにより 1,000 サイクル後も 79.84% の容量を維持できます。

この研究成果は、多機能電池セパレーターの設計と開発に新しいアイデアを提供し、高性能リチウム金属電池の安全性の問題を解決します。

論文情報:https://doi.org/10.1002/aenm.202401377