电动汽车产业是应对能源安全和产业结构升级的重要突破口，其发展速度取决于动力电池。动力电池中，微孔隔膜是实现充放电功能的关键部件，其性能直接影响电池的循环性和安全性。干法单向拉伸是制造微孔隔膜的主要方法，但存在制备过程热处理耗时长、产品成孔均匀性差、强度低的问题，导致电池循环性差、充放电效率低、易发生短路。动力电池性能突破急需高品质微孔隔膜的支持。
本成果依托国家自然科学基金以及双方近10年的产学研合作，明确了干法单向拉伸成孔机理，突破了单向拉伸聚丙烯隔膜成孔均匀可控技术，使用无机粉体增强，获得了比传统方法更薄的（12、16、20、25μm）系列高强度隔膜产品，产品的主要性能指标优于国内外对应产品。
本成果的创造性贡献：
1、创造性解决了微孔隔膜制造第一环节预制膜中片晶尺度可控的关键技术。片晶尺度直接影响后拉伸成孔的均匀性。本成果明确了预制膜制备过程球晶到片晶的转变机理，绘制了晶片空间尺度，开发了非接触式冷却设备，通过优化熔体拉伸流动场和温度场，实现了均匀拉伸成孔的前提片晶尺度的可控。
2、首次突破了预制膜连续热处理结晶结构重整技术，显著提高了隔膜成孔的均匀性和生产效率。隔膜制造第二环节热处理，通常是将半径约30厘米的大卷膜在烘箱中静态处理16小时，膜卷内外热历史差异大、后拉伸成孔不均匀。本成果明确了热处理片晶增厚机理，提出了片晶增厚稳定时长仅需5分钟，开发了单层预制膜连续热处理设备，实现了连续热处理5分钟重整晶体结构均匀，为后拉伸微孔隔膜均匀性的改善奠定了基础。
3、创造性地提出直接热拉伸成孔技术，替代常规两步拉伸技术。本成果明确了拉伸成孔机制，阐明了常温拉伸晶体结构破坏直接影响成孔均匀性，开发了预热拉伸装置，实现了高温一步拉伸，在保证隔膜成孔均匀性的基础上大幅提高生产效率。
4、突破了高强度微孔隔膜制造技术，利用少量无机颗粒增强，实现了隔膜强度的提高。
本成果取代进口产品在国内最大的锂电池生产商比亚迪、以及天津力神、合肥国轩等企业获得应用，降低了电池短路率，提高了电池的循环和充放电性能。同时本成果实现了国产隔膜的首次批量出口，在韩国LG公司完全取代美国产品获得应用。近3年，实现销售11.38亿，出口创汇5306.78万美元，利税52616.77万元，间接经济效益28.99亿元。日本B3市场调研报告显示，合作企业2016年隔膜销售额国内第1，全球第7。本成果促进合作企业快速发展，于2016年成功登陆创业板。本成果共获授权发明专利7件，实用新型专利3件，发表论文24篇，其中SCI收录20篇。培养博士后1名，博士生1名，硕士生10名。经专家鉴定本成果技术达到国际先进水平。本成果为我国发展高性能动力电池提供了高品质隔膜，为我国电动汽车产业的发展提供了有力保障。
项目荣获2017年度广东省科学技术奖二等奖。
|
扫一扫关注南粤海智