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纳米纤维锂离子电池隔膜产业化

时间:2014-9-5 9:31:38来源:本站原创浏览次数:
项目背景 
    工信部《节能与新能源汽车产业发展规划(2011-2020年)》指出,以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略方向;到2015年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销
量力争达到50万辆;到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆/年。
    动力电池是电动汽车的核心部件,锂离子电池具有电压高、寿命长、体积小、质量轻、无记忆效应和绿色环保等特点,成为“十五”期间“863”计划国家重点支持和鼓励发展的项目。选择锂离子电池作为电动车电池是具有长远战略意义的,将在减少汽车尾气排放,防止大气污染等方面发挥重要作用。
    隔膜是锂离子电池的重要组成部分,隔膜在正负极之间起电子绝缘作用,同时提供允许锂离子在正负极之间自由往复迁移的微孔通道,影响锂离子电池的容量、内阻、快充/放电、使用寿命等特性。其成本几乎占到了权离子电池的1/3。
    锂离子电池隔膜可以大致分为三类:聚烯烃拉伸膜、聚合物电解质膜、新型隔膜。先进的聚烯烃拉伸膜技术及设备被美国、日本所垄断,现已形成成熟的产业并获取高额的利润,主要产品为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)为主的聚烯烃拉伸膜,包括单层PE和PP,三层PP/PE/PP复合膜。现有的聚烯烃隔膜生产工艺可按照干法和湿法分为两大类,同时干法又可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。国内隔膜产业现状是在中低端重复建设单层聚烯烃微孔膜的拉伸线,缺少技术来源和自主创新,产品还处于中低端水平。聚合物电解质膜的应用在整个锂离子电池产业中所占比例比较小,而且由于自身的一些技术问题没有得到解决,近凡年一直进展缓慢。新型隔膜的代表如德国德固赛公司(Degussa)推出的Separion膜面向动力锂离子电池的市场,采用在纤维素无纺布上复合Al2O3(或其他无机物)的体系,具有较高的热稳定性。
    目前国内市场上的国产锂离子电池隔膜与进口隔膜相比,厚度、强度、孔隙率不能得到整体兼顾,且量产批次稳定性较差。国内绝大多数锂离子电池厂家都选用进口隔膜。因此研究开发低成本、制作工艺简单、孔隙率高、机械强度能满足要求的微孔聚合物隔膜对于提高电池性能和降低电池成本具有重要的实际意义。如何进一步提高隔膜的各项质量指标,是我国锂离子电池行业目前亟需解决的问题。

项目负责人吴大勇
    因为动力锂离子电池隔膜在国际上都没有十分成熟的产品,所以成为制约动力锂离子电池发展瓶颈,从而影响到电动汽车的发展。针对这,一现状,中国科学院理化技术研究所成功研制了具有自主知识产权的新型纳米纤维锂离子动力电池隔膜及生产技术。相对于现有的技术,理化所研制的纳米纤维隔膜采用的聚合物材料通常是与电解液有良好浸润性、耐化学稳定性、热稳定性及机械稳定性的含氟聚合物材料;加工方法为静电纺丝法,具有制备工艺简单、设备投资和生产成本低、利润空间大等特点。由此项技术所得的纳米纤维隔膜厚度可控、纵横双向的隔膜厚度一致性均好;孔隙率高且在一定范围内可控,隔膜的透气性高;润湿性好,吸液率高。将有望提高动力锂离子电池的安全性、电性能并降低成本,采用此隔膜的锂电池循环寿命将比现在提高30%左右。同时由于其在储能方面的明显优势,也将广泛应用于智能电网调峰储能、航天、国防工业等方面。
 
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