弗吉尼亚理工大学刘国良教授ACS Nano：介孔聚酰亚胺隔膜抑制锂金属电池的枝晶生长

锂金属电池需要有效抑制锂枝晶，以确保高性能和安全性。然而，目前的隔膜具有大孔，其允许锂枝晶穿越，从而会导致内部短路和其他灾难性后果。

美国弗吉尼亚理工大学刘国良教授报告了一种用于抑制枝晶的介孔聚酰亚胺隔膜。研究发现，这种聚酰亚胺隔膜具有21 nm宽的介孔和1.80 GPa的高储存模量。这种介孔聚酰亚胺隔膜能协助电沉积形成平顶突起，而不是尖锐的枝晶，因此可以实现锂金属电池的安全循环。总体而言，这项研究有望推动枝晶抑制策略的发展，并为锂金属电池的复兴做出贡献。

文章要点：

1. 这项工作通过对聚乳酸-聚酰亚胺-聚乳酸三嵌段共聚物进行缓慢热解，制备了介孔聚酰亚胺薄膜。280℃的缓慢热解可逐渐去除聚乳酸，从而产生21 nm的介孔，而不会破坏聚酰亚胺基体。

2. 生成的介孔聚酰亚胺薄膜显示出1.80 GPa的储存模量。介孔结构和高模量共同造就了卓越的枝晶突起抑制能力。

3. 介孔聚酰亚胺薄膜作为锂金属电池的隔膜，不仅显示出与PP/PE/PP三层隔膜相当的良好倍率能力，而且有助于平坦锂沉积，从而实现安全的长期循环，因此可安全循环使用超过500小时。

4. 这项工作凸显了均匀介孔工程聚合物在抑制枝晶方面的潜力。

图1 隔膜孔径和模量对枝晶抑制的影响

图2 PLA-b-PI-b-PLA的合成及热重分析

图3 介孔聚酰亚胺薄膜的热分解及其微观结构

图4 锂/锂对称电池测试

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04159

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！