科学家研发多功能隔膜 提高热稳定性并改善电池性能

2020年诺贝尔化学奖的获得者是那些开发锂离子可充电电池的人。这些电池已成为从小型IT设备到电动汽车等电子设备的重要能源。

美国领先的汽车制造商特斯拉最近强调，需要建立创新的生产系统并降低电池成本。电池的价格占电动汽车的很大一部分，降低成本对于普及电动汽车至关重要。

由朴秀珍教授和博士领导的联合研究小组。POSTECH化学系的候选人HyeBinSon和蔚山学院的SeungminYoo教授成功开发了一种多功能隔膜，即使袋装电池在环境空气中组装，该隔膜也能正常工作。

这些发现已在最新的在线版本的储能材料中进行了介绍（“通过杂质清除隔离膜实现的无干燥室的高能密度高密度锂离子电池”）。

由于电池内部的电解质与水分反应会导致变质，因此锂离子电池通常在湿度小于1％的干燥室内组装。然而，保持干燥的房间是相当昂贵的。

为了解决该问题，已经进行了通过将添加剂注入电解质中来抑制杂质（例如水分或氢氟酸）的研究。但是这些会在电池运行期间引起不良的副反应。实际上，当电池在高温（50°C或更高）下激活时，即使少量水分也会导致性能下降更快。因此，需要一种能够俘获电池中的水分和杂质而不会对添加剂产生不利的电化学反应的材料。

为此，联合研究团队推出了功能性材料，该材料可以将杂质捕获在隔板的表面上，从而提高热稳定性并改善电池性能。这种多功能隔膜显示出优异的耐热性（在140°C下储存30分钟后，收缩率在10％以内。常规隔膜的收缩率是50％），并在55°C的高温下（79％的收缩率）表现出更好的电化学性能。100个充电周期后保持初始容量）。

此外，研究人员证实了在充满杂质的环境中功能材料在电解质中的有效性。合成功能陶瓷表面的硅烷化合物会捕获水分并保持陶瓷结构良好，但是普通的陶瓷材料会被酸化的电解质腐蚀。

此外，通过这项研究，研究团队证实，这次在环境空气中生产的多功能隔板的使用寿命比传统隔板要长，这证实了它提供了超越简单隔板功能的稳定性能。

“这种新开发的多功能隔膜在高能量密度下显示出极高的稳定性和出色的电化学性能，”长期致力于通过各种方法研究电池隔膜的朴秀金教授评论道。“凭借在环境空气中制造电池的第一个成功案例，有望在降低电池成本方面发挥重要作用。”