中科大程旭东、张宁静等《AFM》:初次完成聚酰亚胺气凝胶隔阂正在锂离子电池中使用

锂离子电池（LIB）因为其高能量密度和长轮回性能，在电动汽车、储能电站等范畴得到了遍及的应用。然而，这些高能量密度锂离子电池更大概导致热失控，是以，人们在电池组件和电池治理体系的质料上举行了很多高兴，以进步锂离子电池的宁静性。隔阂是LIBs中的紧张部件，由于它们断绝高能电极以幸免内部短路，从而确保LIBs的宁静事情。然而，基于聚烯烃的商用隔阂存在一些严峻拦阻LIBs性能的缺点，比方高温下的热紧缩和低电解质润湿性。聚酰亚胺（PI）基隔阂因其精良的耐热性（>300℃）、化学稳健性和优秀的机器性能而被视为下一代隔阂。到现在为止，因为其低本钱、可控性和高孔隙率的长处，人们已经举行了大量的实验来通过静电纺丝制备PI隔阂。然而，通过静电纺丝技能制备的大多数非织造隔阂的机器强度较弱，而且因为其大孔径和宽孔径漫衍，大概会产生自放电和电解质走漏。别的，静电纺丝法难以应用于产业范围制造，由于无法完全办理生产率低、再现性差和情况题目。

鉴于上述题目，中国科学技能大学程旭东副研究员、张宁静研究员等采纳了简洁的溶胶-凝胶要领制备了一种孔隙率匀称、耐高温、电化学性能优秀的新型聚酰亚胺气凝胶隔阂（PIA），并初次将其应用在了锂离子电池中。PIA隔阂优秀的孔隙率（78.35%）和电解液汲取率（321.66%）有助于LIBs的低内阻和优秀电化学性能，在1000次1 C电流轮回后可以连结118 mAh g⁻¹高比容量。相干事情近期以题为“Novel Thermotolerant and Flexible Polyimide Aerogel Separator Achieving Advanced Lithium-Ion Batteries “颁发在了《Advanced Functional Materials》上。

将聚酰亚胺溶液滴在主动薄膜涂布机上以形成聚酰亚胺凝胶膜。颠末老化、溶剂互换和超临界干燥，制备了柔性PIA膜，将其用作电池隔阂。所制备的PIA隔阂的布局体现为由厚度为20至50 nm的聚合物链形成的多孔框架，此中含有大量有序孔。利用Brunauer–Emmet–Teller（BET）要领举行N2吸附/解吸丈量，PIA分散器的BET比外貌积宁静均孔径为178.7 m²g⁻¹和91nm。

PIA隔阂的制备工艺及根本特性

具有充足热稳健性的先辈隔阂是低落热失控危险和在高温条件下连结电池电化学性能的要害。举行热紧缩试验，通过将样品安排在分级加热炉中30分钟，目视评估分散器的热稳健性。，在室温高达200°C时，未观看到PIA分散器的显着紧缩，而Celgard隔阂在200°C下完全熔化。别的，纵然在300°C下，PIA分散器仍能连结原始形状和颜色。

热稳健性阐发

为了研究PIA隔阂的热解机理和产品，在国度同步辐射试验室（NSRL）的燃烧质谱光束线（BL03U）上举行了SVUV-PIMS试验，PIA分散器在50-800°C氮氛围围下全部热解产品的光离子化质谱，重要包罗CH4 (m/z = 16), NH3 (m/z = 17), CO (m/z = 28), CNO (m/z = 42), CO2 (m/z = 44), O=CH-NH-CH=O (m/z = 73), 苯(m/z = 78), 苯胺 (m/z = 93), 苯酚(m/z = 94), N甲基吡咯烷酮(m/z = 99),和其他热解产品碎片。通太过析每个产品信号的时变频谱，可以得到细致的分步反响机理。

热解机理阐发

将PIA隔阂、PI隔阂和Celgard隔阂分别在1 C电流下举行电池轮回性能测试。利用PIA隔阂的电池在500次轮回后每轮回容量仅降落0.016%，表现出137 mAh g⁻¹的精良恒久轮回性能，乃至在1000次轮回后连结了118 mAh g^-1的高比容量。为了研究锂金属电池中PIA隔阂的兼容性，组装了铜锂电池。铜箔和锂箔分别用作事情电极和参比电极，利用PIA隔阂的在一次轮回时为电池库伦服从到85.3%，在100次轮回后连结83%，且在按捺锂枝晶方面的具有优胜的性能。

利用PIA隔阂电池的电化学性能

将石墨阳极、LiFePO4阴极、电解液和分散器组装成袋式电池。在电流密度为1 C时，带有PIA隔阂的袋式电池在50次轮回后，具有21 mAh的电池容量和99%的库仑服从。当温度升高时，蓄电池将产生内部短路，电压将急剧降落，然后蓄电池将履历严峻的热失控。是以将电压骤降的温度界说为热失控温度（T2）。与Celgard 2400分散器相比，PIA隔阂的T2到达170℃，具有更优秀的热稳健性。

电池热宁静性和高温轮回性能

在本研究中，研究职员乐成制备了一种新型PIA隔阂，该隔阂具有高孔隙率、高柔韧性、优秀的电解质润湿性和热稳健性。在宁静锂离子电池和下一代高能量密度可充电电池体系具有极大应用潜力。

泉源：高分子科学前沿

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