AM: 堵不如疏！纳米复合Janus隔膜能够抑制锂电池内短路
北2北
2020-02-12
锂金属电池凭借高容量、高电压等优势而成为新一代高比能储能体系的首选。然而，锂电池内部容易发生短路造成灾害性的后果，因此开发故障保护机制抑制内短路十分重要。有鉴于此，加州大学圣地亚哥分校的Ping Liu等设计了新型纳米复合Janus隔膜以期通过限制自放电电流来阻止电池温度升高进一步避免电池短路。这种新型隔膜设计为高比能锂电池提供了良好的安全保护机制，有望在未来实现进一步应用。
本文要点
1）这种Janus复合隔膜与负极接触的一侧是完全电子绝缘态，与正极接触的一侧涂有电导率可调控的部分导电涂层（PEC）。这种复合结构能够阻断枝晶、控制内短路阻抗、缓慢释放电池剩余容量。
2）恒流充放电实验表明使用Janus隔膜的锂电池在短路前表现正常，然后由于PEC抑制了内短路，在25个循环周期内会出现缓慢的自放电增加。与之形成鲜明对比的是，传统单层隔膜则会发生急剧的电压突降并使电池迅速完全失效。
3）研究人员又对金属锂软包电池进行了恒电位充电滥用测试：单层隔膜的锂电池会发生枝晶完全刺穿隔膜并伴随着很高的短路电流和快速温度升高；而使用Janus隔膜的锂软包电池内部短路电流和温度变化都可忽略不计。扫描电镜照片进一步证实Janus复合隔膜确实成功阻断了锂枝晶。
Matthew S. Gonzalez et al, Draining Over Blocking: Nano‐Composite Janus Separators for Mitigating Internal Shorting of Lithium Batteries，Advanced Materials, 2020
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201906836