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  鋰離子電池憑借其高能量密度、長(zhǎng)壽命和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛地應(yīng)用于各種便攜式電子設(shè)備和動(dòng)力裝置。隔膜作為鋰離子電池的重要組成部分，其主要作用是傳輸離子和隔離電子，這對(duì)電池的充放電性能及安全性至關(guān)重要。雖然至今商品化鋰離子電池隔膜材料仍主要采用聚烯烴，但是這類隔膜的低表面能和強(qiáng)疏水性導(dǎo)致其與電解液之間較差的浸潤(rùn)性和較低的吸液率，從而使得其電導(dǎo)率不高。為了解決這些問題，基于貽貝仿生化學(xué)的表面改性技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于提高聚烯烴類隔膜的性能，并取得了巨大的成功。然而，聚多巴胺的沉積時(shí)間長(zhǎng)，涂層在極性有機(jī)電解液中的穩(wěn)定性差，并且被電解液洗脫的聚多巴胺顆粒會(huì)影響鋰離子的遷移速率，這些問題都限制了貽貝仿生化學(xué)在電池隔膜領(lǐng)域中的發(fā)展。

  基于上述背景，浙江大學(xué)高分子系聚合物分離膜及其表界面工程課題組采用前期開發(fā)的聚多巴胺快速沉積方法，以CuSO₄和H₂O₂作為氧化劑，制備了聚多巴胺涂層改性的聚丙烯電池隔膜，研究了其耐有機(jī)電解液性(圖1)、熱穩(wěn)定性(圖2)、表面潤(rùn)濕性和電解液吸收率(圖3)以及涂層均勻性(圖4)，結(jié)果表明這些關(guān)鍵性的性能都優(yōu)于傳統(tǒng)聚多巴胺改性的隔膜。受益于隔膜性能的提升，CuSO₄/H₂O₂氧化多巴胺改性的隔膜在5 C放電速率下的放電容量高達(dá)73.9 mAh·g^-1 (圖5)，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)聚多巴胺改性的隔膜，并展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。

圖1. 不同方法制備聚多巴胺涂層改性隔膜的耐電解液性: (a) CuSO₄/H₂O₂作為氧化劑; (b)空氣氧化法

圖2. 不同聚丙烯隔膜的熱穩(wěn)定性(150 °C): (a, b) 未改性的隔膜; (c, d) 空氣氧化多巴胺改性的隔膜; (e, f) CuSO₄/H₂O₂氧化多巴胺改性的隔膜

圖3. 不同聚丙烯隔膜的電解液接觸角: (a) 未改性的隔膜, (b) 空氣氧化多巴胺改性的隔膜, (c) CuSO₄/H₂O₂氧化多巴胺改性的隔膜; (d) 不同聚丙烯隔膜的電解液吸收率

圖4. 不同聚丙烯隔膜的表面形貌: (a) 未改性的隔膜; (b) 空氣氧化多巴胺改性的隔膜; (c) CuSO₄/H₂O₂氧化多巴胺改性的隔膜

圖5. 不同方法制備聚多巴胺涂層改性隔膜組裝的電池在不同放電速率條件下的放電容量

  張超博士是該論文的第一作者，伍廣朋研究員和徐志康教授為通訊作者。該項(xiàng)工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金(No. 21534009)和浙江省自然科學(xué)基金(No. LZ15E030001)的資助。

  該工作即將發(fā)表于Chinese Journal of Polymer Science 2019年第10期 "The 100th Anniversary of the Birth of Prof. Shi-Lin Yang"專輯。

  論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s10118-019-2310-4