北航/国防工程研究院AFM：受搪瓷启发的耐热机械坚固纳米复合电池隔膜

微孔聚乙烯（PE）膜是一种具有代表性的锂离子电池（LIBs）隔膜，但它会发生收缩，尤其是在高温条件下，并且在生长锂枝晶时容易被刺穿，从而导致短路、热失控甚至爆炸等严重后果。

图1. HAPNA/PE纳米复合膜的制备及表征

北京航空航天大学陈科、王华、张勇波、国防工程研究院Yong Mei等在原位搪瓷工程和热处理工艺的基础上，采用准连续策略成功制备了搪瓷启发的大面积、受羟基磷灰石纳米片阵列(HAP-NA)增强的PE纳米复合隔膜，该隔膜具有高热稳定性或安全性、坚固的机械性能、优异的润湿性、多孔微观结构、无”滴漏”、出色的电化学循环稳定性以及抑制锂枝晶生长的效果。

实验和模拟结果证实，HAPNA/PE纳米复合膜即使在高温处理（高达200℃）下也不会出现明显收缩，而且具有很强的机械性能，包括很高的断裂强度、优异的伸长率、惊人的摩擦系数以及更高的杨氏模量和硬度。

图2. HAPNA/PE纳米复合膜的机械性能

研究显示，纳米复合膜的优异性能可归因于众多HAP-NA/PE混合界面相互作用与有序、三维交错和相互支撑的混合微结构之间的最佳组合。随着纳米复合隔膜的成功构建，作者开发出了一种新颖有效的策略，用于制备耐热、坚固和高韧性的生物启发聚合物基材料。除了将改性PE隔膜应用于锂离子电池外，这种准连续策略还有可能应用于许多其他技术领域，例如柔性植入电子或电气设备以及航空航天领域。

图3. 电化学性能研究

Thermally Resistant, Mechanically Robust, Enamel-Inspired Hydroxyapatite/Polyethylene Nanocomposite Battery Separator. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202308039