该论文展示了多功能电池隔膜设计和开发方面的重要进展，日前发表在国际专业学术期刊《先进能源材料》（ ）上。
离子管理膜与传统多孔膜的离子传输特性及负极表面锂沉积行为示意图。（图/桂晓宇）
研究团队表示，在众多锂电池负极材料中，锂金属负极因具有最高的理论比容量和较低的电化学电位而受到持续关注。但在长期循环过程中，锂枝晶的生长和锂金属负极的体积膨胀会导致电池性能下降并带来严重的安全问题，阻碍其进一步商业化应用。
近年来学术界一直在努力寻找解决锂枝晶生长问题的方法。研究发现均匀的锂离子分布可以实现锂在锂金属负极表面的均匀沉积，并抑制锂枝晶的生长。隔膜作为锂电池不可或缺的组成部分，不仅具有隔离电池正负极的作用，还能有效调控锂离子的分布和传输特性。因此，寻找一种兼具锂离子“分布”、“筛选”和“加速”功能的多功能隔膜，对于高性能锂金属电池的开发具有重要意义。
本次研究中，研究团队依托兰州重离子研究装置，利用离子径迹技术和表面化学修饰技术，研制出一种电池隔膜——离子管理膜，可以有效“管理”离子的分布和传输特性。该离子管理膜具有垂直排列、直径均匀、带负电的纳米通道，可以作为离子分配器和“锂离子导流器”，降低锂离子浓度波动，实现锂离子的选择性传输。
研究团队表示，他们新开发的离子管理膜具有独特的结构和化学性质，使其具有较高的离子电导率和优异的锂离子迁移数，同时最大程度地降低了锂金属负极表面锂离子浓度的波动。该膜用于锂/铜电池时，在0.5毫安每平方厘米电流密度下可循环100次，库仑效率可达96%以上；在1毫安每平方厘米电流密度下，锂/锂电池的循环寿命可延长至1200小时。对于磷酸铁锂电池，离子管理膜开发过程可实现146毫安时每克的比容量，1000次循环后容量保持率为79.84%。（完）
