近期，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授/张龙生副教授在设计开发新型高性能锂金属电池隔膜的研究中取得重要进展，研究成果以“Single-Atom Zirconium Coordination Polyimide Aerogel as Separator Coating Toward High-Rate Lithium Metal Battery”为题发表在材料领域学术期刊《Advanced Functional Materials》上（DOI: 10.1002/adfm.202411963）。该论文的第一作者为硕士研究生周康杰，通讯作者为刘天西教授和张龙生副教授。
随着电动汽车和便携式电子产品对储能应用的需求不断增长，开发高性能储能设备具有重要意义。其中，以锂金属作为阳极的锂金属电池因其高能量密度和功率密度而备受关注，被认为是下一代高性能电池之一。然而，锂金属电池阳极上生长的锂枝晶容易穿透隔膜并引起电池短路，以及在高倍率工况下电池内部热量积累引起电池热失控等因素，阻碍了其广泛应用。
针对上述问题，江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组报道了一种新型高性能的单原子锆配位聚酰亚胺气凝胶隔膜涂层，将其涂覆在商业聚烯烃隔膜上，显著提升了快充锂金属电池的循环稳定性。该工作实现了单原子锆配位聚酰亚胺气凝胶复合隔膜的常压干燥法制备。相较于冷冻干燥法和超临界干燥法，常压干燥法具有设备限制小、能耗低、易于连续批量生产等优势。得益于该单原子锆配位聚酰亚胺气凝胶涂层，制备所得的复合隔膜的热稳定性、电解液亲和性、离子选择性、锂枝晶抑制、循环稳定性等性能均得到显著提升。使用该复合隔膜所组装的锂金属电池在20 C的条件下能稳定循环2700圈，表现出优异的循环稳定性。
此外，该团队在锂电池隔膜方面开展了系列工作，开发了聚酰亚胺气凝胶复合隔膜的常压干燥制备技术，研制了多种高性能的聚酰亚胺气凝胶复合隔膜，研究结果已申请并获得发明专利授权(ZL202310438028.2, ZL202410250711.8, ZL202410093392.4, ZL202111608471.7)。上述工作得到了国家自然科学基金等科研项目的支持。
图1：单原子锆配位聚酰亚胺气凝胶复合隔膜的结构示意图
