​许武AM：隔膜调节离子通量在锂金属电池中的重要作用

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​许武AM：隔膜调节离子通量在锂金属电池中的重要作用
聚烯烃隔膜是可充锂离子电池中最常用的隔膜。然而，关于不同聚烯烃隔膜对锂金属电池（LMBs）性能的影响还没有很好的研究。
​许武AM：隔膜调节离子通量在锂金属电池中的重要作用
图1. 采用不同隔膜的锂沉积形貌
美国太平洋西北国家实验室许武等通过对不同聚烯烃隔膜重建的三维孔隙进行粒子注入模拟，发现隔膜的孔隙结构对离子通量分布、锂沉积行为以及LMBs的循环寿命有着显著影响。研究还发现，锂离子对锂金属电极的均匀性系数与LMBs的寿命和可重复性呈正相关。这项研究不仅强调了聚烯烃隔膜孔隙结构的重要性，还提供了一种经济有效的方法来筛选适用于LMBs的隔膜。
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图2. 采用不同隔膜的Li||NMC622电池的循环性能
根据纳米 CT 结果，作者成功地对不同隔膜进行了三维重建。根据粒子注入模拟结果，孔隙结构的不同会导致离子流向锂电极的均匀性不同，从而导致不同的锂沉积行为。对这些离子流的不均匀性因子进行量化后发现，LMBs的长期循环寿命与离子流的均匀性呈正相关。这种现象的原因是，更均匀的离子通量与较少的树枝状锂沉积相关，这有效地抑制了循环过程中活性锂和电解液的消耗。
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图3. 孔隙内离子通量的模拟
Important Role of Ion Flux Regulated by Separators in Lithium Metal Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202311312

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