复旦赵东元院士/杨东AM：分级多孔二氧化硅膜替代传统聚合物隔膜

锂离子电池（LIBs）中的商用聚合物隔膜通常存在孔隙率有限、电解液润湿性低、热稳定性和机械稳定性差等问题，这会降低电池性能，尤其是在高电流密度下。

复旦大学赵东元院士、杨东等报道了通过在正极表面组装中空介孔二氧化硅（HMS）颗粒，设计分级多孔、超轻二氧化硅膜，以作为高性能LIBs的隔膜。

图1 材料表征

除了紧密堆积的颗粒之间的间隙大孔外，单个HMS颗粒丰富的中孔和中空内部不仅为快速离子传输提供了额外的低迂回途径，而且还有效地重新分配了锂离子通量以实现均匀的锂沉积。

同时，HM颗粒的内腔可以作为电解液的储存库，有利于提高电化学动力学。此外，得益于其无机和分级多孔性质，此类HMS隔膜显示出比市售聚丙烯（PP）隔膜更好的电解液亲和力、热稳定性和机械强度。

图2 LFP电池性能

以LiFePO₄ (LFP)正极为例，研究表明具有自组装HMS隔膜的LIBs可以提供高容量（0.5 C 时为 167 mAh g^-1）和出色的倍率性能（5 C 时为108 mAh g^-1），循环稳定性突出，800次循环后无明显衰减，优于PP和Al₂O₃改性PP隔膜以及由固体二氧化硅颗粒制成的隔膜。

图3 不同隔膜的离子传输和锂沉积行为示意图

Hierarchically Porous Silica Membrane as Separator for High-Performance Lithium-Ion Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202107957

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复旦赵东元院士/杨东AM：分级多孔二氧化硅膜替代传统聚合物隔膜

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