一、所属领域

高分子材料

二、项目介绍

1. 痛点问题

锂离子电池是目前应用最广泛的储能装置，产业发展迅猛。随着电动汽车的兴起，大功率动力电池的出现对锂离子电池的安全性提出了巨大的挑战。其中电池隔膜耐热性差是其中最主要的安全隐患之一。目前常见的锂离子电池隔膜为聚烯烃材质，通常为聚丙烯、聚乙烯或者聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的夹层结构，熔点低于170℃，当电池因内部或外部原因造成升温时，隔膜会熔融并收缩，造成正负极直接接触导致短路，引起电池燃烧、爆炸等意外事故的发生。

2. 解决方案

聚对苯二甲酰对苯二胺（以下简称PPTA）是一种刚性液晶高分子，具有优异的热稳定性，热分解温度高达550℃。将PPTA取向制成的纤维还具有优异的力学性能，因此PPTA是一种有效的解决锂离子电池隔膜耐热隐患的材料。但是由于PPTA分子刚性，而且分子间有强烈的氢键作用，所以在普通溶剂中很难溶解，因此将其制成多孔膜在技术上还是一个巨大的挑战。本项成果在大量研究基础上提出了一种新的制备对位芳纶/聚烯烃复合隔膜的方法，利用对位芳纶的刚性及高耐热性，制备出各项性能满足锂离子电池性能要求且可以大幅提高电池安全性的隔膜材料。

SEM照片：(a)PPTA@PPs复合界面；

(b) PPTA纳米纤维层表面；

(c)剥离了PPTA纳米纤维层后的PP基底表面；

(d)PPTA纳米纤维层斜切面内部

3. 竞争优势分析

1）直接使用聚合完成的芳纶聚合物溶液作为涂覆浆料，避免了芳纶纤维或树脂难以溶解的问题，且更加节省溶剂与能源。

2）助溶剂的用量少，无需升温即可全部溶解，且在水洗过程中易除去，既减少能耗也避免了杂质对电池性能造成的不良影响。

3）制备得到的芳纶聚合浆料，粘度及表面能低，对聚烯烃基膜的润湿性好，基膜无需电晕处理，也无需在浆料中添加粘结剂即可牢固结合，可以简化制备流程，同时提升隔膜的耐高温性能。

PPTA@PPs与PP隔膜耐热性对比

4. 市场应用前景

锂离子电池隔膜作为锂电池四大关键材料之一，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产品。2021年我国隔膜市场规模预计可超过40亿元。随着锂电池需求的持续升温，锂电池隔膜的需求量也随之持续增长，从而促进锂电池隔膜市场的快速增长。目前锂离子电池用的隔膜主流材料还是聚烯烃（聚乙烯和聚丙烯）。但是随着对锂离子电池安全性的要求越来越高，对高安全性隔膜的需求必然越来越大。

5. 发展规划

对位芳纶/聚烯烃复合隔膜主要用于大容量、快充快放锂离子电池，目标应用领域主要是新能源汽车和大容量储能装置。在我国“双碳”战略背景下，新能源的发展预计还会大幅提升。本项成果有望提高锂离子电池的安全性，无论从社会效益还是经济效益角度看，都具有重要意义。

6. 知识产权情况

已授权3项中国发明专利。

三、合作需求

与合作方共同推进工业生产和应用，合作方需具备资金、场地、技术团队等。

四、团队介绍

团队负责人：庹新林副教授。对位芳纶领域专家，对对位芳纶的生产应用有系统深入的研究，获相关中国授权发明专利30余项，美国授权发明专利2项，两项专利分别获得中国专利优秀奖和纺织联合会专利银奖等。

五、联系方式

E-mail：ott@tsinghua.edu.cn

成果编号：2021214

注：所有成果发布内容未经授权，请勿转载！

授权请联系yaoxiahan@tsinghua.edu.cn