​哈工大何伟东AFM：带散热通道的安全隔膜用于高倍率锂离子电池

隔膜改性作为提高锂离子电池（LIB）性能的一种手段，在研究生产中都变得越来越重要，尤其是在高倍率情况下。然而，快速充放电过程会产生局部热量积累，从而加快Li⁺的局部反应速度，形成锂枝晶。由于热稳定性较差，商用聚烯烃隔膜无法解决上述问题。

在此，哈尔滨工业大学何伟东团队提出了一种核壳结构，通过附着聚多巴胺（PDA）包围碳纳米管（CNT）来增强聚偏二氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）基体。带有 PDA 的核壳三维结构避免了导电碳纳米管造成的短路，同时，通过有限元分析验证，碳纳米管可作为分散局部热源的有效散热器。复合隔膜使锂离子电池实现了高锂离子传导率（0.49 × 10^-3 S cm^-1）和锂离子迁移数（0.74），从而在 5C 下循环 800 次后实现了 87.35% 的高容量保持率。

图1. 电池性能

总之，该工作利用环绕着 CNT 的附着 PDA 制备的核壳结构纳米管使基于 PVDF-HFP 的隔膜具有优异的拉伸强度和电解质浸润性。这种复合隔膜具有 0.49 ×10^-3 S cm^-1的高锂离子电导率和 0.74 的锂离子迁移数。在 5 C 条件下循环 800 次后，采用核壳复合隔膜的 LFP||Li 电池的容量保持率高达 87.35%。

此外，与其他隔膜相比，CNT@PDA/PVDF-HFP 隔膜显示出较低的电压极化，并且在 0.5 mA cm^-2下保持 800 h 无内部短路。特别的，CNT@PDA/PVDF-HFP 复合隔膜分散了局部热源，避免了因局部热量积累过多而导致的锂枝晶猛烈生长，从而保证了锂电池的安全性。

图2. 软包电池

A Safe Separator with Heat-Dispersing Channels for High-Rate Lithium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202308929