寧波材料所在新型離子導(dǎo)體涂層隔膜方面取得進(jìn)展
近年來，鋰離子電池成為現(xiàn)階段新能源電動(dòng)汽車市場中占據(jù)絕對統(tǒng)治地位的動(dòng)力電池，發(fā)展速度極快。隨著市場對于鋰電池能量密度的要求越來越高，鋰電池的安全性問題也顯得愈發(fā)突出。連續(xù)發(fā)生的電動(dòng)汽車著火爆炸的事故說明鋰電池本身的安全性對于汽車來說是非常重要的?？梢哉f，鋰電池的安全性能是制約電動(dòng)汽車進(jìn)一步發(fā)展的重要瓶頸。
隔膜作為鋰電池的關(guān)鍵材料之一，其熱穩(wěn)定性與鋰電池的熱安全性能息息相關(guān)。高安全性隔膜要求具有良好的熱尺寸穩(wěn)定性，在一定的高溫環(huán)境下無明顯形變，具有較好的熱閉孔性能且能保持良好的機(jī)械強(qiáng)度以避免電池內(nèi)部短路，從而抑制電池的燃燒爆炸。在各類隔膜中，具有優(yōu)異耐熱性的陶瓷隔膜近幾年成為動(dòng)力鋰電池的首選。陶瓷涂層的引入可以有效提高隔膜的熱收縮溫度，阻隔電池內(nèi)部的熱擴(kuò)散，抑制某些熱失控點(diǎn)擴(kuò)大形成整體熱失控，進(jìn)而提高電池的安全性能。該類隔膜制備工藝相對簡單，易于大規(guī)模生產(chǎn)和使用。
傳統(tǒng)陶瓷隔膜中所使用的陶瓷材料為惰性無機(jī)納米粒子，如Al2O3、AlOOH、BaSO4等。前期研究發(fā)現(xiàn)，盡管陶瓷涂層能有效提高隔膜的熱穩(wěn)定性，提高電池的安全性，但是對鋰電池電化學(xué)性能貢獻(xiàn)較小?；诖耍瑒⒄灼窖芯繂T所領(lǐng)導(dǎo)的動(dòng)力鋰電池研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出采用具有鋰離子活性的陶瓷材料取代傳統(tǒng)惰性陶瓷材料制備陶瓷涂層，并與聚烯烴類隔膜復(fù)合制備了具有本體鋰離子傳導(dǎo)能力的新型離子導(dǎo)體涂層隔膜。研究發(fā)現(xiàn)，除了能夠有效保證隔膜的熱穩(wěn)定性，該類隔膜在鋰電池中可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)鋰補(bǔ)償，并基于固液雙電解質(zhì)的傳導(dǎo)效應(yīng)賦予鋰電池更為優(yōu)異的倍率性能（如圖1）。該技術(shù)申請了中國發(fā)明專利201410284617.0, 201510042214.X, 201510042292.X，研究成果發(fā)表在Journal of Power Sources 2015, 273, 389-395。為了加快該創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)程，研究團(tuán)隊(duì)對該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了中試放大研究。通過不斷優(yōu)化配方、調(diào)整工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)了新型離子導(dǎo)體涂層隔膜的連續(xù)制備。制備工藝過程如圖2所示。
上述研究工作得到了中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目（Grant No. KGZD-EW-202-4）、寧波市科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(Grant No. 2012B82001)、國家自然科學(xué)基金（Grant No. 51403227）和中國博士后科學(xué)基金（Grant No. 2014M551781）等項(xiàng)目的支持。
圖1 新型離子導(dǎo)體涂層隔膜原理及其潤濕性和電化學(xué)特性
圖2 新型離子導(dǎo)體涂層隔膜的連續(xù)制備流程
（動(dòng)力鋰電池實(shí)驗(yàn)室 石俊黎）