赵金保教授课题组

高安全性功能隔膜

隔膜是保证电池安全的重要部件。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引起的,因此电池内部短路是锂离子电池安全的最大隐患,特别是车用大型动力电池在高温下内部短路的防止更重要。造成电池内部短路的最主要因素是隔膜材料,因此研究耐高温/高安全性隔膜成为锂离子电池研究中的关键课题。陶瓷涂覆改性隔膜可以充分拉开隔膜闭孔温度和熔融温度之间的温度差,其优异的耐温性和高安全性成为了研发的焦点,具有重要的现实意义和科学价值。

在“863计划第一个立项的功能隔膜项目的支持下,课题组在我国最早完成了环境友好的水基单面涂覆陶瓷隔膜产品及其产业化技术,实现了产品的高性能和低成本的大规模量产,并在国内率先将其大规模应用于车载锂离子动力电池等领域,显著提高了电动汽车动力电池的安全性,形成了从功能隔膜产品概念、设计到生产、检测、使用等全过程完整具有自主知识产权的专利技术体系(申请发明专利30余项,授权专利10项,PCT专利1项)。科技部网站对此项成果进行了报道。

具体的,围绕水基单面涂覆要素技术的开发,主要亮点工作如下:

1)发明并开发了多种具有全新构造和构成的陶瓷涂覆功能隔膜,其中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功能隔膜体系(第一代)已大规模应用;

2)确立了陶瓷涂覆功能隔膜关键生产技术,开发了无机粉体表面修饰和基材膜表面处理技术、无机材料高度分散技术、浆料用新型粘结剂、高速连续涂布技术等,率先完成了我国第一条完全采用国产技术的水基单面涂布陶瓷隔膜生产线;

3)发明、开发了具有多级热响应功能的新型功能隔膜(第二代)和“200℃高温下零收缩的新型聚烯烃基陶瓷功能隔膜(第三代),使下一代功能隔膜的超薄层化可能。

功能陶瓷隔膜的设计图、实物图及中试线

近期,在已开发的高耐热性陶瓷隔膜的基础上,课题组进一步修饰多聚磷酸铵阻燃颗粒(APP,设计了一种兼顾高耐热性和阻燃功能的双功能陶瓷隔膜(ZL201910280314.4)。该工作通过在高温下形成致密隔离层,抑制氧气、热量和可燃气体的扩散,可以有效防止电池发生剧烈燃烧,为高安全高比能电池的设计提供了一种新的策略。


耐热阻燃双功能陶瓷隔膜结构和机制示意图




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