新技术研发如火如荼 锂电隔膜未来市场需求增长点在哪？

中国科大构建仿珍珠母层隔膜提升锂电池抗冲击性能

近日，中国科学技术大学教授姚宏斌、倪勇和俞书宏研究团队受珍珠层具有高韧性的启发，提出了一种强化聚烯烃隔膜抗冲击韧性的方法。该团队通过在聚乙烯隔膜表面构建仿珍珠层涂层，有效地维持了冲击后隔膜内部的孔结构，从而保证了电池充放电过程中具有均匀的锂离子流。相对于使用商业陶瓷隔膜的软包电池，采用仿珍珠层隔膜的软包电池在冲击时表现出较小的开路电压变化和较好的循环稳定性以及高的安全性。该研究成果于11月6日以A Nacre-Inspired Separator Coating for Impact-Tolerant Lithium Batteries为题在线发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。

目前广泛使用陶瓷纳米颗粒涂层来提高聚烯烃隔膜的热稳定和对电解液的浸润性，然而受力分析表明纳米颗粒涂层很难有效地抵抗局域化的外力冲击作用，其必然会导致电池内部在充放电过程具有不均匀的锂离子流，引发电极上不均匀的锂沉积甚至导致锂枝晶的生成（如图1a）。该研究团队在深刻理解自然界珍珠母层高韧性原理的基础上，在聚乙烯隔膜表面构建仿珍珠层的“砖泥”有序结构。在受到外力冲击时，仿珍珠母涂层通过片片滑移的作用有效地扩大受力面积来耗散冲击的应力，从而有效地保护了隔膜内部孔结构，维持电池内部均匀的锂离子流（如图1b）。

为了进一步证实珍珠层启发的隔膜对商业化电池安全性的作用，研究团队对两种隔膜组装的软包电池进行冲击试验。与使用商业纳米颗粒涂层隔膜的软包电池相比，运用仿珍珠母层隔膜的软包电池显示出更低的瞬时开路电压变化和更快的电压恢复（如图2a,b）。研究团队还继续考察了受两次冲击后软包电池的长循环性能，使用仿珍珠母涂层隔膜的软包电池在超过80个循环中仍显示出良好的稳定性（如图2c）。上述研究结果表明，仿珍珠母层隔膜对电池具有良好的保护作用并且可以有效地降低许多安全隐患。

该工作提出了构建仿珍珠层增韧隔膜的策略，并从理论模拟和实验测试上证明其提升锂电池抗冲击的能力，这将为今后提升锂电池的安全性开辟新途径。

（来源：中国科学技术大学）

河北工业大学-加拿大滑铁卢大学Adv. Mater.：低带隙硒化锑半导体改性隔膜助力高性能锂硫电池

随着便携电子产品、电动汽车、无人飞机等领域的蓬勃发展，高能量密度储能电池的研发也备受市场关注。在锂离子电池能量密度受限的背景下，价格低廉、环境友好、高理论比容量（1675mAhg^-1）和高理论能量密度（2600Whkg^-1）的锂硫电池是化学储能装置中最有前景的新兴二次电池体系之一。但是，目前锂硫电池的发展仍然受到一些技术挑战的阻碍，比如充放电过程中硫的体积膨胀，可溶性多硫化锂中间产物Li₂S_x（2<x<8）引起的穿梭效应，以及单质硫和最终放电产物硫化锂（Li₂S₂/Li₂S）的低电导率，严重降低了硫的利用率、电子传输效率以及电化学反应速率，从而影响电池的循环寿命和倍率性能。

针对上述问题，对隔膜进行改性可将中间产物多硫化锂尽可能地限制在硫正极一侧，减少其与锂负极的直接接触，抑制穿梭效应。当前的隔膜改性材料主要是高电导率的碳质材料、纳米金属氧/硫化物及其相关复合物，通过对多硫化锂的物理和化学双重吸附，达到抑制多硫化锂穿梭效应的目的。但缓慢的电池反应动力学仍是我们面临的难题之一，通过引入具有催化活性的材料可以加速多硫化锂的氧化还原反应速率，有效地缩短中间产物多硫化锂的存在时间，避免严重的容量衰减，从而提高电化学性能。本研究首次将低带隙缺硒的硒化锑半导体引入隔膜的改性。一方面通过半导体缺陷工程调控其电子结构，进一步增强其导电性，另一方面通过对缺陷和材料物相组成进行设计，增强化学锚定多硫化锂及其电催化性能，从而有效抑制穿梭效应以及加速多硫化锂动力学转化。

近日，加拿大滑铁卢大学陈忠伟院士、河北工业大学张永光副教授、李敬德副教授（共同通讯作者）通过隔膜改性将富含硒缺位（V_Se）的Sb₂Se_3-x/rGO复合微球首次引入到锂硫电池中。这种低带隙（1.0-1.2eV）的硒化锑半导体本身具有较强的电导率，成本低廉、易于控制缺陷产生，进而增强其电导率，在锂硫电池系统改进中具有较大的应用潜力。本文采用喷雾干燥工艺构建了完整的微球结构、确保长程电荷传输，随后的化学还原和快速热冲击使得Sb₂Se_3-x/rGO复合物中引入大量V_Se。该半导体缺陷工程不仅显著提高其导电性、加强化学吸附多硫化物，而且极大促进了催化多硫化物的动力学转化过程。Sb₂Se_3-x/rGO改性隔膜的引入有效地缓解了多硫化物引起的“穿梭效应”，从而实现高效、持久的硫的电化学行为。具有Sb₂Se_3-x/rGO改性隔膜的锂硫电池表现出优异的倍率性能（8.0C），良好的循环稳定性（衰减容量率仅为0.027%每圈），并且在高硫负载量（8.1mgcm^-2）下仍具有7.46mAhcm^-2的面积容量。该工作首次引入硒缺位半导体改性隔膜，开拓了一种新的设计缺陷工程方式，为实现高性能锂硫电池提供新的见解。

本研究通过一种简易的喷雾干燥及缺陷工程开发了富含硒缺位的Sb₂Se_3-x/rGO半导体基材料微球，将其作为改性隔膜材料，可有效地抑制“穿梭效应”，获得了优异的锂硫电池电化学性能。这种多级结构可作为电子/离子传输的导电框架，同时提供丰富的活性界面利于限制和转化多硫化物。此外，该材料具有更强的导电性、多硫化物吸附能力和催化活性，建立了阻止多硫化物穿梭的屏障，促进锂硫电池的化学动力学过程。得益于这些优势，所开发的具有Sb₂Se_3-x/rGO改性隔膜的锂硫电池表现出高达8.0C的良好倍率性能，在1.0C时每次循环的容量衰减仅为0.027%。该研究对具有吸附和催化双重功能的改性隔膜，以及高性能锂硫电池的发展具有重要的指导和借鉴作用。

（来源：能源学人）

锂电隔膜未来市场需求增长点在哪？

目前，以智能手机为主的消费型锂电池增速趋缓，而由于新能源汽车销量4连降，车用动力电池的市场需求也不容乐观，业内预计，新型可穿戴设备、智能家居、电动自行车、电网储能等领域或将成为锂电池新的市场需求增长点，面对动力电池领域竞争加剧，部分隔膜等原材料企业正努力寻求新的市场需求增长点。

此外，相关统计数据显示，在动力电池领域，目前虽然国内市场对于锂电隔膜的需求量占据全球动力市场需求5成以上的市场份额，但从近年来国内外动力电池市场对隔膜需求总量的差距在不断缩小，海外动力市场的增长值得期待，国内头部隔膜生产商或将受益。