[00144327]高安全动力锂离子电池复合隔膜材料设计与研发

国务院在 2014 年印发的《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》中强 调了发展新能源汽车的国家战略地位,建立了长效发展机制,推动了产业爆发式 增长。据中国汽车工业协会统计数据显示,2018 年,新能源汽车产销分别完成 127 万辆和 125.6 万辆,比上年同期分别增长 59.9%和 61.7%。 受益于新能源汽车的爆发式增长,锂离子电池行业迎来新一轮发展机遇。锂离子电池作为二次电池,具有能量密度大、循环寿命长、开路电压高、无记忆效应等特点,在移动电子设备和新能源汽车领域获得广泛应用。锂离子电池的四大主材是正极材料、负极材料、电解液、隔膜。隔膜为电解质离子自由通过形成放电回路提供大量曲折贯通的微孔,同时在电池温度升高等失控条件下通过闭孔阻隔功能将电池的正负极分开防止短路,因此锂离子电池的安全性很大程度上取决于隔膜的性能[1-3]。 聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）以及不同聚烯烃的复合隔膜是目前广泛使用的隔膜,这些微孔聚合物隔膜具有优异的机械强度和化学稳定性[4-5]。但是,聚合物隔膜容易被锂枝晶刺穿,在过热时发生形变甚至熔化引起电池内部短路,从而导致电池损坏甚至起火。另外,聚合物隔膜的疏水性能也影响其对电解液的浸润[6- 8]。将无机物复合到聚合物隔膜表面或膜体中能够提高隔膜的热稳定性和对电解液的浸润性,以聚烯烃微孔膜为基材的陶瓷隔膜具有更优异的热关断作用和机械强度,更加适用于大容量锂离子动力电池的制造和使用[9]。 以聚烯烃微孔膜为基膜的陶瓷涂覆技术普遍认为具有较好的应用前景,但也存在一些问题。如 Separion 隔膜由于采用纤维素无纺布且表面具有压实的 Al2O3, 所以其孔隙率较低,因而在性能方面仍然在不断完善。再比如陶瓷层的致密均匀 性问题,若陶瓷层不够致密均匀,则对隔膜的耐热性改善不明显,而单纯地依靠 增加膜层厚度会导致堵孔,使电池循环性和倍率变差。此外,陶瓷材料的强吸水 性也会为锂离子电池的生产带来麻烦。陶瓷涂层的结构（包括连续性、孔隙率、 孔径等）会对隔膜的性能起关键作用。而陶瓷涂层由陶瓷粉体构成,因此,微观 的粉体结构会直接影响宏观的陶瓷涂层结构,进而影响其性能[10]。 本研究拟结合上述发展背景和研究基础,从源头出发,利用高纯超细球形氧 化铝制备致密的、具有贯通孔结构的、适用于高安全动力锂离子电池的陶瓷复合 隔膜。系统完善和优化粉体和隔膜制备工艺,重点从控制膜层厚度和孔隙率,同 时提高隔膜强度和透气性的角度,获得耐高温锂离子电池隔膜,促进高安全动力 电池和新能源汽车产业健康发展。