清华/阿贡AM：凝胶拉伸衍生的纳米多孔无收缩隔膜助力安全锂离子电池

隔膜是正极和负极之间的离子渗透电子绝缘膜，对电池的电化学和安全性能起着至关重要的作用。然而，商用聚烯烃隔膜不仅在高温下不可避免地出现热收缩，而且无法抑制反应性气体（如O₂）的隐藏化学串扰，导致经常报道的热失控(TR)，从而阻碍了大规模实施高能量密度锂离子电池。

清华大学何向明、王莉、美国阿贡国家实验室Khalil Amine、徐桂良等人通过一种新颖的凝胶拉伸取向方法制备了纳米多孔无收缩隔膜（GS-PI），以消除TR。

清华/阿贡AM：凝胶拉伸衍生的纳米多孔无收缩隔膜助力安全锂离子电池

图1 锂离子电池热安全性的挑战

加热过程中的原位同步辐射小角X射线散射清楚地表明，所制备的薄GS-PI隔膜在高温下表现出优异的机械耐受性，从而有效地防止了内部短路。同时，独特的纳米多孔结构设计进一步阻止了化学串扰和相关的放热反应。

图2 GS-PI隔膜的制备及表征

加速量热法测试表明，使用GS-PI纳米多孔隔膜的实用1 Ah LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ (NCM622)/石墨软包电池显示最大温升(dT/dtmax)仅为3.7 °C s⁻¹，而Al₂O₃@PE大孔隔膜为131.6 °C s^-1。

此外，尽管孔径减小，但GS-PI隔膜在高温下仍表现出比传统Al₂O₃@PE隔膜更好的循环稳定性，而不会牺牲比容量和倍率性能。

图3 循环性能及热安全性测试

Simultaneously blocking chemical crosstalk and internal short circuit via gel-stretching derived nanoporous non-shrinkage separator for safe lithium-ion batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.20210633

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清华/阿贡AM：凝胶拉伸衍生的纳米多孔无收缩隔膜助力安全锂离子电池

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