高性能纤维电池隔膜-为电动汽车保驾护航

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随着全球能源危机和环境污染问题日益严峻,新能源汽车,特别是电动汽车的发展成为了解决这一问题的关键途径之一。高性能电池作为电动汽车的核心部件,其性能直接关系到电动汽车的续航里程、安全性能及使用寿命。 而隔膜是锂离子电池基本组成之一,随着下游新能源汽车及储能行业的快速成长,隔膜销量也高速增长,并且市场前景巨大。尽管聚烯烃隔膜的原料供应和生产工艺普遍成熟,但是随着3C产品和电动汽车的发展,对锂电池隔膜提出了更高、更苛刻的要求。目前锂离子电池正朝向高能量和功率密度、高工作电压、温度范围宽、充放电速度快发展,而现有的聚烯烃隔膜难以满足上述要求,如聚烯烃隔膜的低热稳定性难以保证电池在高温下正常运行;聚烯烃隔膜的非极性表面和低表面能限制了电池在高功率密度和快充快放时的应用。此外,动力电池能量密度的提升势必会造成散热面积的下降,从而导致严重的安全隐患。高性能有机纤维由于具有绝缘、密度小、强度高、耐热性好、吸水率低以及耐化学腐蚀等特性被认为是构建大功率锂离子电池隔膜比较理想的材料。然而,传统有机纤维无纺布并不能满足电池对隔膜厚度和孔径的要求。因此,对高性能有机纤维尺寸的合理优化,使其尺寸在满足锂离子电池隔膜的要求下,依然能保持原有纤维高强、高模且耐高温的能力,这是迈向实际应用重要的一步,同时也是目前高性能有机纤维电池隔膜发展所面临的挑战。 本文简单概括了电池隔膜的应用现状,PPTA纳米纤维膜的开发现状,以及目前存在的问题,分析了传统加工工艺的优点与不足。依托于黄玉东教授和王明强教授课题组长期进行高性能纤维的制备、改性以及微纤化的研究,我们改进了传统的电池隔膜制造工艺,为满足国家发展战略需求,我们对原生产工艺进行创新,有望实现新能源领域的重大突破。通过研究PPTA微纤之间相互作用力弱化和机械分离的协同作用对微纤剥离的影响机制和PPTA多孔微纤隔膜厚度和孔径大小对锂离子电池性能与寿命影响机制,探究PPTA微纤隔膜耐热温度与高温环境下锂离子电池性能关系和大尺寸隔膜的制备方法。我们结合多种工艺和技术,得到的PPTA纳米纤维隔膜具有高质量、高效率、低成本的特点,具有良好的应用前景并能满足新能源行业的市场需求。