微孔聚乙烯（PE）膜是一種具有代表性的鋰離子電池（LIBs）隔膜，但它會發(fā)生收縮，尤其是在高溫條件下，并且在生長鋰枝晶時容易被刺穿，從而導(dǎo)致短路、熱失控甚至爆炸等嚴(yán)重后果。

圖1. HAPNA/PE納米復(fù)合膜的制備及表征

北京航空航天大學(xué)陳科、王華、張勇波、國防工程研究院Yong Mei等在原位搪瓷工程和熱處理工藝的基礎(chǔ)上，采用準(zhǔn)連續(xù)策略成功制備了搪瓷啟發(fā)的大面積、受羥基磷灰石納米片陣列(HAP-NA)增強(qiáng)的PE納米復(fù)合隔膜，該隔膜具有高熱穩(wěn)定性或安全性、堅固的機(jī)械性能、優(yōu)異的潤濕性、多孔微觀結(jié)構(gòu)、無”滴漏”、出色的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性以及抑制鋰枝晶生長的效果。

實驗和模擬結(jié)果證實，HAPNA/PE納米復(fù)合膜即使在高溫處理（高達(dá)200℃）下也不會出現(xiàn)明顯收縮，而且具有很強(qiáng)的機(jī)械性能，包括很高的斷裂強(qiáng)度、優(yōu)異的伸長率、驚人的摩擦系數(shù)以及更高的楊氏模量和硬度。

圖2.?HAPNA/PE納米復(fù)合膜的機(jī)械性能

研究顯示，納米復(fù)合膜的優(yōu)異性能可歸因于眾多HAP-NA/PE混合界面相互作用與有序、三維交錯和相互支撐的混合微結(jié)構(gòu)之間的最佳組合。隨著納米復(fù)合隔膜的成功構(gòu)建，作者開發(fā)出了一種新穎有效的策略，用于制備耐熱、堅固和高韌性的生物啟發(fā)聚合物基材料。除了將改性PE隔膜應(yīng)用于鋰離子電池外，這種準(zhǔn)連續(xù)策略還有可能應(yīng)用于許多其他技術(shù)領(lǐng)域，例如柔性植入電子或電氣設(shè)備以及航空航天領(lǐng)域。

圖3.?電化學(xué)性能研究

Thermally Resistant, Mechanically Robust, Enamel-Inspired Hydroxyapatite/Polyethylene Nanocomposite Battery Separator. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202308039