锂枝晶是指在锂金属阳极表面形成的大量“菜花状”的晶体。这些晶体是由于长时间使用传统商业隔膜的锂电池循环一定次数后，导致正极材料与负极材料之间的电解液隔膜发生破裂或破损所引起的。当电解液中的锂离子穿过隔膜时，会在阳极表面形成锂枝晶。
锂枝晶不仅会影响电池的性能和寿命，还会增加电池的安全风险。当锂枝晶刺穿电池内部的保护层时，会导致电池短路甚至报废。此外，锂枝晶还会影响电池的充放电效率，从而加速电池的老化过程。
为了避免锂枝晶的形成，目前市场上已经出现了一些新型的锂电池隔膜技术。这些技术采用了更加先进的材料和制造工艺，可以有效地防止电解液渗透和锂离子泄漏。同时，这些技术还可以提高电池的安全性、稳定性和使用寿命。
近日，中国科学院近代物理研究所材料研究中心科研团队与合作者开发了一种基于离子径迹技术的多功能电池隔膜——离子管理膜（IMM）。
离子管理膜（右侧）和传统多孔隔膜（左侧）的离子传输特性和阳极表面锂沉积行为示意图
在面向离子管理膜（IMM）的阳极表面上，实现了更为致密和均匀的锂沉积，无明显的锂枝晶生长情况。
原来，传统多孔隔膜（PPS）的孔道结构呈现出孔径和孔长均不一致的特征，因此隔膜孔道下方会形成不均匀的锂离子浓度分布。
而这种离子管理膜具备竖直排列、孔径均一的荷电负性纳米孔道，呈现出均一的锂离子浓度分布。
简单来说，就是让锂离子在电池里更顺畅、更高效地旅行，从而让电池性能变得更好，充电更快，寿命更长。
离子管理膜助力实现无枝晶生长的锂金属阳极
中科院表示，在特定条件下，这种离子管理膜可将锂电池的循环寿命延长至1200小时。对于Li/LiFePO4电池，该工艺可在1000次循环后保持79.84%的容量。
这项研究工作为多功能电池隔膜的设计和研制，以及解决高性能锂金属电池的安全性问题提供了新的思路。
论文信息：https://doi.org/10.1002/aenm.202401377
