[00034222]电动汽车动力电池用高安全功能隔膜的技术开发与产业化

一、项目简介 隔膜是决定锂离子电池性能的重要材料之一，尤其对电池的安全性能起着至关重要的作用。主要体现在隔离正、负极片，使电池内的电子不能自由穿过，防止电池内部短路，同时让电解液中的离子在正负极间自由通过，实现离子导电。锂离子电池的安全性不但取决于电极材料，还与电池隔膜具有极大的关系，在某种程度上来说隔膜起到最关键的作用。电池内部短路是锂离子电池安全性的最大隐患。锂离子电池80%以上的热失控（发热、冒烟、起火、爆炸等）是由电池自身内部短路而引起的。造成电池内部短路的原因很多，但最主要的原因是由隔膜材料决定的。目前锂离子电池所用隔膜主要以聚烯烃微孔膜为主，成分主要是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。聚烯烃类隔膜的熔点温度较低，在电池温度过高时，隔膜会收缩甚至融化，造成电池内部短路，从而引起安全事故。 提高聚烯烃隔膜的耐热性，增大聚烯烃隔膜热闭孔温度与破膜温度的温度差是提高聚烯烃隔膜性能的重要途径。功能隔膜是在隔膜表面涂覆一层热稳定性良好的耐热层（陶瓷等）。耐热层可以在隔膜表层形成一个稳定的框架，阻止隔膜的进一步收缩，即使隔膜局部熔化，表面的耐热层也可以置于正负极片之间，形成一个良好的绝缘壁垒，切断电流，防止短路的进一步发生。 二、前期研究基础 项目于2011 年1 月立项，同年8月被科技部“863 计划”重大项目支持（项目编号2012AA110404）；同时，使用该功能隔膜材料的动力锂离子电池也获得了“863 计划”重大项目立项（项目编号2012AA110204）。2012 年底，项目团队在中航锂电（洛阳）有限公司建成一条年产300 万平方米陶瓷涂覆功能隔膜生产线。科技部网站把该项成果列为国家“863 计划”电动车重大专项的3 个代表性重大突破性成果予以报道，指出“该项目的实施，对于完善和补充我国锂离子动力电池产业链缺失的关键一环，对于提高锂离子动力电池生产和应用的安全性具有至关重要的作用。”( 3_106882.htm) 生产线经过半年多的连续生产后，完成相关配方固化，合浆、涂布、分切工艺技术开发，形成生产能力，并进行了陶瓷隔膜电池设计、试制与测试，并于2013年11月通过了中航工业集团组织的科学技术成果鉴定，专家组鉴定意见如下：“该项目开发了陶瓷涂层与聚烯烃微孔膜复合技术，研制出具有耐高温性能和热关断作用的PE 和PP 系列的功能隔膜材料，并完成了产业化技术开发，建立了一条年产300万平米的功能隔膜生产线，鉴定委员会一致认为：“该项目成果整体技术处于国际先进水平”。2013年12月，采用该功能隔膜的高容量锂离子动力电池产品通过了“电动汽车用锂离子蓄电池”强制性检测，安全性能达到使用要求。 三、应用技术成果 图1全新的功能隔膜产品 （一）发明、开发了多种具有全新构造和构成的陶瓷涂覆功能隔膜。 主要包括，1）表面高分子材料改性的无机陶瓷材料与传统聚烯烃隔膜复合的陶瓷涂覆功能隔膜材料（ZL201310006942.6）；2）具有“多级热响应功能”的新型功能隔膜。3）具有功能化结构单元或成分单元的陶瓷粉体涂覆材料（ZL201310006942.6；ZL201410751072.X）。4 ）发明了具有热关闭功能的耐高温性无纺布基隔膜（CN201510057825.1）。 （二）开发了水基单面涂覆陶瓷隔膜关键技术。 包括无机材料的表面修饰和基材膜的表面处理；无机材料的分散技术的确立；基材膜上的涂布技术的开发；高速烘干技术的开发和抑制基材膜的起皱等关键技术。 （三）发展了多种新型功能隔膜。 包括新型隔膜结构功能化、陶瓷粉体成分功能化以及超高温维度稳定与低温热闭孔相结合的被动安全机制与主动安全策略复合的新型功能隔膜等。 （四）开发了功能隔膜在锂电中的应用技术。 基于电池极端工况条件下的热效应，发明了一种针刺隔膜性能检测方法，可快速实现陶瓷涂覆功能隔膜产品高温维度稳定性等特性的检测，具有高效、低耗等特点（CN201310228494.4）。 四、合作企业 中航锂电（洛阳）有限公司，负责大规模生产技术的开发、工艺路线的优化和开发产品的应用技术。截至目前，公司隔膜相关技术共申请15项专利，其中PCT专利2项，获授权3项发明专利和5项实用新型专利。累计生产功能隔膜500 余万平方米。2014 年公司起与河南义腾和沧州明珠委托加工、合作开发、合资建厂等方式，分别完成PP 基、PE 基功能隔膜的量产，并应用于公司生产的所有电池产品上。近三年来产品累计形成产值已达30 亿元。 团队还与中兴新材、德尔未来等进行了广泛的技术合作。