近日，我院与东江实验室、中国科学院近代物理研究所等单位合作，在固态锂金属电池隔膜设计与界面调控方面取得重要研究进展。相关研究成果以“Ferroelectric Low-Tortuosity Separators for Dendrite-Free Solid-State Lithium Metal Batteries”为题发表于国际知名期刊《Small》。我院硕士生黄鑫、中国科学院近代物理研究所李炫霖为论文共同第一作者，石兴强教授、袁渝斐博士和姚会军研究员为共同通讯作者。
锂金属电池因其高理论比容量和高能量密度潜力，被认为是下一代储能技术的重要发展方向。然而，锂枝晶生长及界面稳定性不足等问题严重制约了其实际应用。针对上述问题，研究团队提出了一种铁电极化与低曲折度离子通道协同调控策略，通过在具有垂直贯通纳米通道的离子径迹蚀刻膜表面引入铁电钛酸钡（BaTiO3）纳米颗粒，构筑了新型铁电功能化隔膜。该隔膜与原位聚合的聚(1,3-二氧戊环)（PDOL）固态聚合物电解质相结合，不仅能够有效缩短锂离子传输路径，还可利用铁电极化效应调节局部电场分布和Li+通量，促进锂离子均匀沉积，从而抑制锂枝晶生长。
实验结果表明，基于该隔膜构筑的固态聚合物电解质（BSPEs）在30 ℃下的离子电导率达到0.12 mS cm−1，锂离子迁移数达到0.73，显著优于商用隔膜基电解质（CSPEs，0.05 mS cm⁻¹和0.60）。Li||Li对称电池可稳定循环超过1000小时；Li||LiFePO4电池在0.4 C倍率下循环260次后容量保持率仍达到80.2%（初始放电比容量159.4 mAh g-1，保持127.9 mAh g-1）。此外，柔性软包电池在折叠及局部切割后仍能正常供电，展现出良好的应用潜力。压电力显微镜（PFM）表征和有限元模拟进一步证实，铁电极化可有效均匀化界面电场和Li⁺浓度分布，从机制上解释了枝晶抑制效果。该研究为开发高性能、高安全性固态锂金属电池提供了新思路。
该研究得到了国家自然科学基金及甘肃省基础研究创新群体等项目资助。
论文链接：http://doi.org/10.1002/smll.76188
