隔膜作为锂离子电池的关键部件之一，具有隔离正负极、传导锂离子的功能，对电池的安全性至关重要。目前，商业化锂离子电池的能量密度可达到300瓦时/千克，并有望进一步提高。然而，在追求锂离子电池更高能量密度的同时，安全问题也不容忽视。传统的聚烯烃隔膜热稳定性差，孔结构不均匀。它们在高温下很容易收缩，导致电池内部短路并引发热失控。
聚酰亚胺因其优异的热稳定性、高机械强度和良好的化学稳定性而被认为是高安全性隔膜的理想选择。因此，对聚酰亚胺进行深入研究，开发孔结构均匀的聚酰亚胺隔膜并实现可控制备，以充分发挥隔膜在提高电池安全性方面的作用非常重要。
聚酰亚胺离子径迹膜（左）和传统多孔分离器（右）的安全特性图示
依托兰州重离子研究装置（HIRFL），科研人员开发出基于离子跟踪技术制备耐高温聚酰亚胺隔膜的新工艺。所制备的隔膜与传统的聚烯烃隔膜相比具有明显的优势。其机械强度高达150.6MPa，耐高温性能优良（450摄氏度时结构不收缩），孔径分布窄（孔径标准偏差<6%），具有垂直孔结构。排列（曲折度为1）。
在3毫安/平方厘米的条件下，使用该隔膜的锂/锂对称电池可稳定循环1200小时，并在锂金属电极表面实现均匀致密的锂沉积，表明其具有优异的锂枝晶抑制能力能力 。
此外，采用该隔膜的磷酸铁锂软包电池可在室温下稳定循环1000次，容量保持率达73.25%，并表现出优异的高温性能，可在环境温度150度下正常运行摄氏度。
磷酸铁锂软包电池长循环性能对比：聚酰亚胺离子径迹隔膜、CPS商用聚烯烃隔膜
该研究工作为开发可靠的耐高温锂离子电池隔膜和工艺提供了新思路，成为提高锂离子电池安全性的有效途径和手段之一。
该工作的第一作者为近代物理研究所博士生张启忠和兰州大学博士生陈林静。通讯作者为近代物理研究所刘杰研究员和姚惠军研究员。该工作得到了广东省先进能源科学与技术实验室和国家自然科学基金委的支持。
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