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鋰離子電池（LIBs）中的商用聚合物隔膜通常存在孔隙率有限、電解液潤濕性低、熱穩定性和機械穩定性差等問題，這會降低電池性能，尤其是在高電流密度下。

復旦大學趙東元院士、楊東等報道了通過在正極表面組裝中空介孔二氧化硅（HMS）顆粒，設計分級多孔、超輕二氧化硅膜，以作為高性能LIBs的隔膜。

圖1 材料表征

除了緊密堆積的顆粒之間的間隙大孔外，單個HMS顆粒豐富的中孔和中空內部不僅為快速離子傳輸提供了額外的低迂回途徑，而且還有效地重新分配了鋰離子通量以實現均勻的鋰沉積。

同時，HM顆粒的內腔可以作為電解液的儲存庫，有利于提高電化學動力學。此外，得益于其無機和分級多孔性質，此類HMS隔膜顯示出比市售聚丙烯（PP）隔膜更好的電解液親和力、熱穩定性和機械強度。

圖2 LFP電池性能

以LiFePO₄ (LFP)正極為例，研究表明具有自組裝HMS隔膜的LIBs可以提供高容量（0.5 C 時為 167 mAh g^-1）和出色的倍率性能（5 C 時為108 mAh g^-1），循環穩定性突出，800次循環后無明顯衰減，優于PP和Al₂O₃改性PP隔膜以及由固體二氧化硅顆粒制成的隔膜。

圖3 不同隔膜的離子傳輸和鋰沉積行為示意圖

Hierarchically Porous Silica Membrane as Separator for High-Performance Lithium-Ion Batteries. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202107957

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復旦趙東元院士/楊東AM：分級多孔二氧化硅膜替代傳統聚合物隔膜

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