汤筠霞

密歇根州立大学（MSU）的一项发现，可能很快为担心锂离子电池（LIB）安全性的消费者提供一个更可靠的选择。

研究人员利用木材中天然存在的木质素材料，创造了一种更安全、寿命更长的电池组件。

研究团队将这种材料制成一种薄膜隔膜（separator），这种屏障有助于避免短路，并降低从电动汽车到智能手机等各种设备所用电池的起火风险。

“我们惊讶地发现，木质素薄膜还提高了电池的循环寿命。我们将电池的循环寿命提高了60%，”密歇根州立大学工程学院助理教授程程·方（ChengchengFang）在一份声明中表示。

木质素提升性能

隔膜在锂离子电池中扮演着至关重要的角色，它能防止内部短路，降低热失控风险，并支持电池的整体性能和寿命。

然而，商用隔膜中常用的聚乙烯和聚丙烯塑料存在显著缺点，包括高热收缩性、润湿性差以及长期稳定性有限。

研究人员指出，这些弱点在电动汽车等高需求应用中尤其令人担忧，因为过热可能导致隔膜失效，从而使电池的正极和负极接触，引发短路、火灾或爆炸。

相比之下，该团队开发的木质素基隔膜在高达300°C（572°F）的温度下仍能保持尺寸稳定。

研究摘要指出：“该隔膜使用木质素磺酸盐（lignosulfonate）制造，这是一种从化学制浆和生物精炼过程中获得的天然聚合物副产品。”

研究人员测试了不同厚度的木质素薄膜，发现厚度为25微米（比四分之一人类头发还薄）的薄膜在维持电池稳定性和可靠地防止正负极接触方面最为有效。

可持续的电池创新

木质素基薄膜的使用显著提升了锂离子电池的性能和热稳定性。

该薄膜长时间维持内部稳定性的能力体现为一个显著优势：电池循环寿命（即可充放电次数）提升了60%。由于其更长的使用寿命，该技术对于便携式设备和电动汽车等高要求应用特别有用。

除了性能优势，这项研究还提供了一种可持续的制造优势。该团队采用了一种干法加工技术来制造木质素隔膜，这种方法摒弃了传统隔膜制造中通常使用的有害溶剂。

此方法在实现可扩展、按需生产的木质素薄膜的同时，最大限度地减少了对环境的影响。该方法成功地将包括木质素在内的所有原材料转化为可用的薄膜，无废弃物或排放物产生。

这种零废弃、环保的工艺不仅促进了环境友好的生产方法，而且利用了木质素磺酸盐——这是一种天然存在、储量丰富的木质素形式，无需任何额外加工即可在电池中有效工作。

总而言之，这项创新为传统电池隔膜提供了一个更安全、更耐用且更环保的替代品，对下一代储能系统具有令人鼓舞的意义。

研究摘要指出：“这种木质素基隔膜具有高热稳定性、制造可行性、良好的电池性能和低成本等特点，为开发面向高性能锂离子电池的下一代单层功能性隔膜提供了新的灵感。”

该团队的研究细节发表在《先进材料》期刊上。

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