【原创】聚焦|高比能锂二次电池新型隔膜的研究动态


来源:中国粉体网   黑金

[导读]  2018年9月27-28日,中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会将于南京举办“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”,并邀请南京大学周豪慎教授为业内人士带来精彩报告:《开发用于高比能锂二次电池的新型隔膜》。

中国粉体网讯  2018年9月27-28日,中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会将于南京举办“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”,并邀请南京大学周豪慎教授为业内人士带来精彩报告:《开发用于高比能锂二次电池的新型隔膜》。


隔膜之“薄”承受锂电安全之“重”


可充电锂离子二次电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应的特性,又具有安全、可靠且能快速充放电等优点,因而成为近年来新型电源技术研究的热点。其中隔膜是锂离子电池四大材料之一,也是技术壁垒最高的部分,其成本占比仅次于正极材料,约为10%~14%,在一些高端电池中隔膜成本占比甚至达到20%。


作为隔离正负极片的薄膜材料,厚度仅在几微米到几十微米之间,如此之“薄”,确是国产动力电池性能突破的关键之一。隔膜在电池中主要有两方面作用,一是隔开电池正负极,避免正负极材料直接接触,防止内部短路;二是作为锂离子的迁移通道,保证锂离子能在正负极之间自由移动。锂离子电池隔膜的结构和性能影响着电池的容量和寿命,并在很大程度上决定着电池的安全性能。


锂电池隔膜需求快速增长


因隔膜的生产工艺具有较高的技术壁垒,其成本约占锂离子电池成本的 10%-20%,毛利率可达50%-60%,是四大主要材料中毛利率最高的产品,因此,锂电池隔膜也被业内认为是锂离子电池产业链中最具投资价值的行业之一。


根据公开统计数据,2017年我国锂离子电池市场规模约为80GWh,隔膜需求量约为12亿平方米,而当年的新能源汽车销量约为78万辆。根据我国新能源汽车的发展规划,2020年国内新能汽车产销量要达到200万辆,届时锂离子电池的市场规模约为180GWh,按照1GWh需要2000万平方米的隔膜计算,对应隔膜需求量将达到约36亿平方米。


毛利率高、增长速度快,锂电池隔膜的市场前景一片光明。


目前主流隔膜不容忽视的缺点


目前锂基电池隔膜市场的主导产品是聚烯烃材质的微孔薄膜。其根据基体材料的不同,聚烯烃隔膜可以分为PP膜和PE膜,具有高强度、低成本、孔结构合适、制备工艺成熟的优势。然而,聚烯烃隔膜也存在不容忽视的缺点。


(1)电解液浸润性差

由于分子链中缺乏极性基团,聚烯烃材料与使用碳酸酯类化合物为溶剂的有机电解液之间的相容性较差,电解液对隔膜的浸润能力较弱,影响了隔膜对电解液的吸附以及离子在隔膜内部孔道的传输,从而限制了电池性能的发挥。


(2)热稳定性差

由于分子链中缺乏刚性基团,聚烯烃隔膜的热性能较差,高温条件下容易引发严重的热收缩。隔膜发生热收缩会导致电池正负极直接接触、引发内部短路,进而容易引发电池的热失控造成安全事故。在诸如动力电池等大容量电池体系的设计中,隔膜的热收缩问题尤为严峻,是不可忽视的安全隐患。


(3)不能抑制多硫化物穿梭效应

由于聚烯烃隔膜分子结构只有C-C键和C-H键,不能与多硫化物阴离子发生相互作用,无法抑制多硫化物的穿梭效应,所以聚烯烃隔膜在锂硫电池中的应用效果并不理想,需对其进行适当的表面改性或者开发替代产品。


综上,开发无纺布隔膜、涂覆隔膜、固体电解质隔膜等新型隔膜势在必行。由中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会于南京举办的“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”上,南京大学周豪慎教授将深度剖析用于高比能锂二次电池的新型隔膜。


周豪慎教授简介


 


南京大学现代工程与应用科学学院****教授、博士生导师,教育部长江讲座教授,国家****特聘专家。1985年本科毕业于南京大学物理系,1994年研究生毕业于日本东京大学工学院,获工学博士学位。历任日本国立产业技术综合研究所研究员,主任研究员,教授级主任研究员、研究组组长,首席研究员。日本国立东京大学特任教授(兼)。长期从事能量储存与转换方面的研究,特别在锂离子电池、锂空气电池,新型电池的基础理论和应用开发方面做了大量长期的工作。



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作者:黑金

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