【能源】基于聚合物隔膜与活性物质相结合的新型锂离子电池

来源：X一MOL资讯

锂离子电池广泛应用于手机、汽车和医疗保健等电化学能量转换和储存器件中，主要由于其具有低自放电和零记忆效应等优点。活性氧化物（CuO: 674 mAh g-1）由于较高的理论容量和自然丰度被视为发展下一代高容量锂离子电池较为理想的负极材料。在实际应用中，负极/电解液界面的结构与组分特征对锂离子电池的实际性能，包括循环稳定性、倍率性能和安全性等至关重要。隔膜作为电池中的关键部件之一，控制着充放电过程中离子的流动以及确保电池的安全。开发先进的隔膜是实现高容量、长寿命电池的关键。传统的聚烯烃隔膜不仅受制于其较差的吸液率与热稳定性，与负极界面间相位的不连续难以保证基于高容量氧化物负极锂离子电池的稳定运行。因此，对负极/隔膜界面的特性的研究是优化电池性能的必要条件。

近期，哈尔滨工业大学何伟东教授、电子科技大学简贤副教授和熊杰教授合作，在能源领域国际著名期刊Advanced Energy Materials上发表重要成果。首次创新性提出了一种基于活性氧化物负极和含活性氧化物隔膜的负极/电解质框架（图a），并对其锂离子电池性能与充放电机理进行了研究。通过DFT理论计算（图b），该结构通过石墨烯/活性氧化物负极（CuO/Graphene）与聚合物/氧化物隔膜 （PVDF-HFP/CuO）间较强的相互作用（-0.26 eV−1.08 eV），构建了强健的负极-隔膜界面，在缩短了Li+扩散路径、加速电子传输的同时，并减轻了负极氧化物在电化学反应中的体积变化。值得注意的是，通过原位拉曼观测（图c），隔膜中仅添加4 wt%的活性氧化物参与电化学反应，电池容量提升了17%，这是储能领域的突破性发现。在0.5 C充放电循环100次后，该电池依然拥有超高的可逆容量 (637.2 mAh g-1)，以及99%的容量保持率。这种高性能归因于具有低界面电阻和结构完整性的负极-隔膜界面，增强了氧化物负极和复合隔膜之间的相互作用。该工作为高容量、长寿命锂离子电池的发展提供了新的途径。

相关工作发表在Advanced Energy Materials上，第一作者为电子科技大学博士生陈东江，通讯作者是何伟东教授、简贤副教授和熊杰教授。

Dongjiang Chen, Ziqi Zhou, Chao Feng, Weiqiang Lv, Zhaohuan Wei, Kelvin H. L. Zhang, Bin Lin, Songhao Wu, Tianyu Lei, Xuyun Guo, Gaolong Zhu, Xian Jian,* Jie Xiong,* Enrico Traversa, Shi Xue Dou, Weidong He*

Adv. Energy Mater., 2019, DOI: 10.1002/aenm.201803627