對位芳綸復合鋰離子電池隔膜

新材料及其應用

1. 痛點問題

鋰離子電池是目前應用最廣泛的儲能裝置，產業發展迅猛。隨著電動汽車的興起，大功率動力電池的出現對鋰離子電池的安全性提出了巨大的挑戰。其中電池隔膜耐熱性差是其中最主要的安全隱患之一。目前常見的鋰離子電池隔膜為聚烯烴材質，通常為聚丙烯、聚乙烯或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的夾層結構，熔點低于170℃，當電池因內部或外部原因造成升溫時，隔膜會熔融并收縮，造成正負極直接接觸導致短路，引起電池燃燒、爆炸等意外事故的發生。

2. 解決方案

聚對苯二甲酰對苯二胺（以下簡稱PPTA）是一種剛性液晶高分子，具有優異的熱穩定性，熱分解溫度高達550℃。將PPTA取向制成的纖維還具有優異的力學性能，因此PPTA是一種有效的解決鋰離子電池隔膜耐熱隱患的材料。但是由于PPTA分子剛性，而且分子間有強烈的氫鍵作用，所以在普通溶劑中很難溶解，因此將其制成多孔膜在技術上還是一個巨大的挑戰。本項成果在大量研究基礎上提出了一種新的制備對位芳綸/聚烯烴復合隔膜的方法，利用對位芳綸的剛性及高耐熱性，制備出各項性能滿足鋰離子電池性能要求且可以大幅提高電池安全性的隔膜材料。

合作需求

與合作方共同推進工業生產和應用，合作方需具備資金、場地、技術團隊等。

鋰離子電池隔膜作為鋰電池四大關鍵材料之一，成本約占鋰離子電池成本的10%-20%，毛利率可達50%-60%，是四大主要材料中毛利率最高產品。2021年我國隔膜市場規模預計可超過40億元。隨著鋰電池需求的持續升溫，鋰電池隔膜的需求量也隨之持續增長，從而促進鋰電池隔膜市場的快速增長。目前鋰離子電池用的隔膜主流材料還是聚烯烴（聚乙烯和聚丙烯）。但是隨著對鋰離子電池安全性的要求越來越高，對高安全性隔膜的需求必然越來越大。

對位芳綸/聚烯烴復合隔膜主要用于大容量、快充快放鋰離子電池，目標應用領域主要是新能源汽車和大容量儲能裝置。在我國“雙碳”戰略背景下，新能源的發展預計還會大幅提升。本項成果有望提高鋰離子電池的安全性，無論從社會效益還是經濟效益角度看，都具有重要意義。

1）直接使用聚合完成的芳綸聚合物溶液作為涂覆漿料，避免了芳綸纖維或樹脂難以溶解的問題，且更加節省溶劑與能源。

2）助溶劑的用量少，無需升溫即可全部溶解，且在水洗過程中易除去，既減少能耗也避免了雜質對電池性能造成的不良影響。

3）制備得到的芳綸聚合漿料，粘度及表面能低，對聚烯烴基膜的潤濕性好，基膜無需電暈處理，也無需在漿料中添加粘結劑即可牢固結合，可以簡化制備流程，同時提升隔膜的耐高溫性能。

發明專利

已授權3項中國發明專利。