ACS AMI：用于锂离子电池的高热稳定性、高电解液浸润性羟基磷灰石/纳米纤维素复合隔膜

第一作者：刘燚，李春星，李超

通讯作者：陶劲松*，万佳雨*

通讯单位：华南理工大学，南方科技大学

隔膜对锂离子电池的安全性和性能有着重要的影响。但是，传统的聚烯烃隔膜存在着热稳定性差和电解液浸润性差的问题，而目前常见的解决方案（一、改性现有商用隔膜；二、利用耐热聚合物制备隔膜）并不能完全解决上述问题；且仍然依赖于合成的、难以降解的聚合物，在制备过程中也难以避免使用有机溶剂，这些因素都不利于电池的回收。因此，有必要开发一种高耐热、高浸润性且环保的隔膜。

针对以上问题，华南理工大学陶劲松副研究员课题组和南方科技大学万佳雨副教授课题组在ACS Applied Energy Materials期刊上发表了题为“Highly Thermally Stable, Highly Electrolyte-Wettable Hydroxyapatite/Cellulose Nanofiber Hybrid Separators for Lithium-Ion Batteries”的研究论文。

该工作以羟基磷灰石(HAP)和纳米纤维素(CNF)为原料，通过简单的真空抽滤的方法制备了一种独特的HAP/CNF复合隔膜。该复合隔膜具有优异的热稳定性、阻燃性，以及出色的电解液浸润性；制备过程不使用有机溶剂；同时以其为隔膜组装的电池具有优于商用PP隔膜的性能。该HAP/CNF复合隔膜有望成为下一代高安全和高性能锂离子电池隔膜候选者。

图1 HAP/CNF复合隔膜具有优异的热性能和电解液浸润性；是一种绿色环保型隔膜

图2 HAP/CNF复合隔膜的制备及其在锂离子电池中的应用

得益于羟基磷灰石超高的热稳定性，HAP/CNF复合隔膜在250 ℃高温处理后仍然能保持其原始形状和尺寸；在燃烧测试中，HAP/CNF隔膜无法被点燃。这解决了商用隔膜高温时易收缩所引起的电池短路、热失控等现象，可提高锂离子电池的安全性。

要点二：电解液浸润性出色

CNF的极性和HAP/CNF隔膜本身的多孔性使其具有出色的电解液浸润性。电解液接触HAP/CNF隔膜之后迅速扩散，30 s后基本可以浸润整个隔膜；另外电解液与HAP/CNF较小的接触角(17.2°)也表明了其与电解液良好的亲和性。这能够降低Li⁺传输时的阻抗，便于获得更高的离子电导率。

要点三：表面平滑

本文合成的CNF尺寸分布均匀，直径约30 nm，长度为微米级。这样的小尺寸赋予了HAP/CNF复合隔膜平滑的外貌，其表面均方根粗糙度为68.0 nm，表面高度均一，最大值为0.59 μm，这有利于Li⁺的迁移。

要点四：原料绿色；制备工艺简单、环保

本文采用的原料羟基磷灰石和纳米纤维素均具有良好的生物相容性，对环境基本不会产生任何影响；制备工艺简单且不使用任何有机溶剂，有利于电池的回收。

Highly Thermally Stable, Highly Electrolyte-Wettable Hydroxyapatite/Cellulose Nanofiber Hybrid Separators for Lithium-Ion Batteries

陶劲松，华南理工大学轻工科学与工程学院副研究员，硕士生导师，2006年——至今。研究领域涉及纤维先进材料和造纸节能与优化，具体包括绿色纳米材料、纤维柔性电子新材料、纤维生物医学材料、功能纸张、造纸节能减排和过程优化等。在《Energy Environ. Sci.》、 《ACS Appl. Mater. Interfaces》等学术刊物上发表论文72篇，其中第一作者/通讯作者31篇，被SCI/EI收录21篇。2012年3月获广东省科学技术奖二等奖(B030207R04)，现为广东省“千百十”人才计划第八批支持人才。

到目前为止，已在能源和材料领域的国际著名学术期刊如Science, Nature Nanotechnology, Nature Energy, Nature Comm, Chemical Society Reviews, Joule, Advanced Materials等发表SCI论文60余篇，总被引用超过9000次，H因子45。研究成果被多家海内外知名媒体撰文报道。

曾获得美国真空协会全美博士研究生奖“Dorothy M. and Earl S. Hoffman Award”（全球每年一名）、中国留学基金委颁发的“国家优秀自费留学生奖学金”等。曾担任美国化学学会秋季年会分会场主席、受邀担任中华环保联合会绿色供应链专业委员会特聘专家，以及Materials Today Energy, Carbon Energy, eScience, Sustainable Materials, Rare Metals杂志青年编委。与国内外多所高校同行拥有良好合作关系，受邀在斯坦福大学、美国东北大学、南洋理工大学、香港中文大学等科研院校、国际会议、及平台等做学术报告30余次。

1 与课题组成员共同制定研究计划，相对独立地开展课题研究并发表具有国际影响力的研究成果；

2 协助课题组经费申请，积极以负责人身份依托课题组申请博士后科学基金、国家自然科学基金委青年项目及其他国家、省、市各级课题；

3 协助指导博士、硕士、本科生；

4 协助课题组建设和管理。

>>>>任职要求（可部分满足）

1 具有机械、材料、电子、物理、化学等相关专业理工科博士学位；有固态电池、二次电池、陶瓷材料的应聘者择优考虑；

2 具有扎实的实验理论基础与操作能力，严谨的科学思维与良好科研习惯，较强独立开展科研工作能力和一定的实验室管理经验；

3 有数电，模电，控制理论等方面的基础，并熟悉labview等控制软件使用的应聘者择优考虑；

4 熟悉统计学，机器学习，深度学习等领域，能够对实际问题抽象建模并使用python语言和pytorch/tensorflow等深度学习框架进行算法实现和调优的应聘者择优考虑；

5 具有良好的英文听说读写能力，并能够独立撰写英文文章；博士期间在国际期刊发表SCI论文者优先考虑；

6 拥有职业操守，追求上进并有良好的团队协作精神；近期可到岗者优先考虑。（备注：拿到博士毕业证书、或至少拿到博士论文答辩许可的相关证明才能办理入站。）

>>>>福利与待遇

1 博士后聘用期两年，年薪33万元起，含广东省生活补贴15万元及深圳市生活补贴6万元，并按深圳市有关规定参加社会保险及住房公积金。博士后福利费参照学校教职工标准发放。

2 特别优秀候选人可以申请校长卓越博士后，年薪可达50万元以上。（含广东省及深圳市在站生活补贴）。

3 在站期间，可依托学校申请深圳市公租房，未依托学校使用深圳市公租房的博士后，可享受两年税前2800元/月的住房补贴。

4 拥有优良的工作环境和境内外合作交流机会，博士后在站期间享受两年共计5万学术交流经费资助。

5 课题组协助符合条件的博士后申请“广东省海外人才支持项目”。即在世界排名前200名的高校（不含境内，排名以上一年度泰晤士、USNEWS、QS和上海交通大学的世界大学排行榜为准）获得博士学位，在广东省博士后设站单位从事博士后研究，并承诺在站2年以上的博士后，申请成功后省财政给予每名进站博士后资助60万元生活补贴（与广东省及深圳市在站博士后生活补贴不同时享受）；对获得本项目资助，出站后与广东省用人单位签订工作协议或劳动合同，并承诺连续在粤工作3年以上的博士后，省财政给予每人40万元住房补贴。

1 对于优秀的出站博士后将积极推荐协助其申请南方科技大学研究助理教授岗位/国内外其他高校与院所科研教学岗位；或推荐赴世界著名大学（如斯坦福大学、加州大学洛杉矶分校、马里兰大学等）继续深造。

2 博士后出站选择留深圳从事科研工作，且与本市企事业单位签订3年以上劳动（聘用）合同的，可以申请深圳市博士后留深来深科研资助。深圳市政府给予每人每年10万元科研资助，共资助3年。

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