【项目精选】：新能源领域优选成果推荐

工业风向标

　　项目一：电动汽车动力电池用高安全功能隔膜的技术开发与产业化

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　　项目简介

　　隔膜是决定锂离子电池性能的重要材料之一，尤其对电池的安全性能起着至关重要的作用。主要体现在隔离正、负极片，使电池内的电子不能自由穿过，防止电池内部短路，同时让电解液中的离子在正负极间自由通过，实现离子导电。锂离子电池的安全性不但取决于电极材料，还与电池隔膜具有极大的关系，在某种程度上来说隔膜起到最关键的作用。电池内部短路是锂离子电池安全性的最大隐患。锂离子电池80%以上的热失控（发热、冒烟、起火、爆炸等）是由电池自身内部短路而引起的。造成电池内部短路的原因很多，但最主要的原因是由隔膜材料决定的。目前锂离子电池所用隔膜主要以聚烯烃微孔膜为主，成分主要是聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）。聚烯烃类隔膜的熔点温度较低，在电池温度过高时，隔膜会收缩甚至融化，造成电池内部短路，从而引起安全事故。

　　提高聚烯烃隔膜的耐热性，增大聚烯烃隔膜热闭孔温度与破膜温度的温度差是提高聚烯烃隔膜性能的重要途径。功能隔膜是在隔膜表面涂覆一层热稳定性良好的耐热层（陶瓷等）。耐热层可以在隔膜表层形成一个稳定的框架，阻止隔膜的进一步收缩，即使隔膜局部熔化，表面的耐热层也可以置于正负极片之间，形成一个良好的绝缘壁垒，切断电流，防止短路的进一步发生。

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　　前期研究基础

　　项目于2011年1月立项，同年8月被科技部“863计划”重大项目支持（项目编号2012AA110404）；同时，使用该功能隔膜材料的动力锂离子电池也获得了“863计划”重大项目立项（项目编号2012AA110204）。2012年底，项目团队在中航锂电（洛阳）有限公司建成一条年产300万平方米陶瓷涂覆功能隔膜生产线。科技部网站把该项成果列为国家“863计划”电动车重大专项的3个代表性重大突破性成果予以报道，指出该项目的实施，对于完善和补充我国锂离子动力电池产业链缺失的关键一环，对于提高锂离子动力电池生产和应用的安全性具有至关重要的作用。

　　生产线经过半年多的连续生产后，完成相关配方固化，合浆、涂布、分切工艺技术开发，形成生产能力，并进行了陶瓷隔膜电池设计、试制与测试，并于2013年11月通过了中航工业集团组织的科学技术成果鉴定，专家组鉴定意见如下：“该项目开发了陶瓷涂层与聚烯烃微孔膜复合技术，研制出具有耐高温性能和热关断作用的PE和PP系列的功能隔膜材料，并完成了产业化技术开发，建立了一条年产300万平米的功能隔膜生产线，鉴定委员会一致认为：“该项目成果整体技术处于国际先进水平”。2013年12月，采用该功能隔膜的高容量锂离子动力电池产品通过了“电动汽车用锂离子蓄电池”强制性检测，安全性能达到使用要求。

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　　应用技术成果


　　图1全新的功能隔膜产品

　　（一）发明、开发了多种具有全新构造和构成的陶瓷涂覆功能隔膜。主要包括：1）表面高分子材料改性的无机陶瓷材料与传统聚烯烃隔膜复合的陶瓷涂覆功能隔膜材料（ZL201310006942.6）；2）具有“多级热响应功能”的新型功能隔膜；3）具有功能化结构单元或成分单元的陶瓷粉体涂覆材料（ZL201310006942.6；ZL201410751072.X）；4）发明了具有热关闭功能的耐高温性无纺布基隔膜（CN201510057825.1）。

　　（二）开发了水基单面涂覆陶瓷隔膜关键技术。包括无机材料的表面修饰和基材膜的表面处理、无机材料的分散技术的确立、基材膜上的涂布技术的开发、高速烘干技术的开发和抑制基材膜的起皱等关键技术。

　　（三）发展了多种新型功能隔膜。包括新型隔膜结构功能化、陶瓷粉体成分功能化以及超高温维度稳定与低温热闭孔相结合的被动安全机制与主动安全策略复合的新型功能隔膜等。

　　（四）开发了功能隔膜在锂电中的应用技术。基于电池极端工况条件下的热效应，发明了一种针刺隔膜性能检测方法，可快速实现陶瓷涂覆功能隔膜产品高温维度稳定性等特性的检测，具有高效、低耗等特点。


　　项目二：高比能锂离子电池正极材料

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　　项目简介

　　发展高比容量的锂离子电池材料及电池体系是未来高比能锂离子动力及储能电池技术发展的必由之路。正极材料作为锂离子动力电池四大材料的核心材料，对电池的最终性能起着至关重要的作用，锂离子电池的性能优化往往依托于正极材料的技术突破，因此正极材料的研究成为当前锂离子动力电池最为关注的板块。目前商用的锂离子动力电池正极材料主要有锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料。与锰酸锂、磷酸铁锂材料比较，层状氧化物材料具有较高的比容量，单体电芯的能量密度有较大的提升，是未来电动汽车的主流选择。高容量氧化物正极材料的开发对于实现300Wh/Kg锂离子动力电池产业化有着重要意义。

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　　前期研究基础

　　自2000年始开展相关研究，具有深厚的技术积累，通过优化合成工艺、体相掺杂、表面包覆等手段有效地提高了材料的比容量和循环稳定性，材料性能达到国际先进水平，已完成高镍三元材料、高电压钻酸锂、富锂锰基等高能量正极材料的公斤级小试和评测。其中，高镍三元氧化物正极材料0.05C首圈放电比容量可达200mAh/g以上，100圈循环容量保持率达92%。

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　　应用技术成果

　　高比容量高镍三元氧化物正极材料及其制备技术：开发出了具有高比容量和长循环寿命的高镍三元材料，提高材料结构的优化及制备技术的创新，显著降低了材料成本，提高了材料的放电比容量和循环稳定性，0.05C首圈放电比容量可达200mAh/g以上，100圈循环容量保持率达92%。在新一代高比能动力电池中有着很好的应用前景。


　　项目三：铅碳电池技术

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　　项目简介

　　传统的铅酸蓄电池制造成本低、安全性好，但比能量和比功率低，放电过程中性能下降，且铅对环境有影响，进一步的发展受到制约。近年来，以铅碳电池为代表的新型铅酸蓄电池在发达国家面世，并在混合动力车和储能领域得到示范应用。铅碳电池兼容了电容器与铅酸蓄电池的优点，因此比传统铅酸蓄电池具有更高的比功率、更长的使用寿命，比电容器具有更高的比能量。在特定的放电深度范围内，充放电功率可提高50%，循环寿命比普通铅酸蓄电池延长3倍以上。同时比电容器与电池的外并方式简化了外电路，大大降低了生产费用。由于铅碳电池负极中加入过高的碳材料，导致充电时负极过早析出氢气；同时，碳材料超级电容的放电区间与铅负极的放电区间并不一致，这是制约铅碳电池发展的关键问题，也是铅碳电池发展的瓶颈问题，只有解决好这个问题，铅碳电池才能更加快速地发展。本项目的研究对于发展新能源汽车产业，以及电能源储存领域具有重要意义。同时，铅碳电池的生产可以减少铅的使用量、增加铅酸蓄电池的使用寿命，对于解决我国传统铅酸蓄电池企业环境问题具有积极意义。

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　　前期研究基础

　　项目组在铅碳电池方面从2009年就与福建闽华电源股份有限公司开展合作研究，积累了丰富的经验。发表有关的学术论文多篇，已申报与铅碳电池相关的国家发明专利5项。尤其是曾对多种碳材料对负极性能的影响进行了研究，包括倍率放电性能、快速充放电性能、循环优安测试、SEM测试，极板孔隙率的影响律等，并分析其影响机理。

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　　应用技术成果

　　项目组制作的样品电池通过多种方式的性能检测。其中以日本启停电池标准(SBAS0101)进行测试的12V9Ah铅碳电池的循环寿命超过30万次，比普通铅酸蓄电池高出5倍以上。按照欧洲EUCAR标准测试，循环寿命可达7万次，达到第4批普通电池寿命的4.3倍。


　　项目四：高性能动力电池电极材料研发

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　　项目简介

　　目前在可能用于电动汽车的电化学电源中，锂离子电池最具竞争力。但目前锂离子动力电池的性能指标尚不能完全满足电动汽车的要求，其中电池比能量是制约电动汽车行驶里程的瓶颈问题，发展高比能锂离子动力电池已经成为世界各国研究的热点。同时对高比能锂离子动力电池对电极材料、电极过程、界面过程、储能机制的研究也具有重要的科学意义。

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　　前期研究基础

　　近五年，研发团队已经发表SCI收录论文100篇、获得授权发明专利15项。主持国家自然科学基金7项、福建省自然2项目、厦门自然科学基金2项、科技基金企业横向课题10余项；参与国家重大科技项目6项；获得福建省人才项目2项。

　　研发团队在电化学研究方法、电化学能源材料制备和性能表征、锂离子电池研究等方面具有优势，并配备了较为完善的从实验室研究到中试的研究设备。课题组配置了电极材料、高分子聚合物制备设备：各种管式炉、箱式炉、微波炉、电热烘箱、水热反应装置、球磨机、手套箱和扣式电池冲床、整体电池封口机、涂布机等；性能测试仪器设备：电化学充放电仪器、电化学恒电位仪、电化学原位研究的红外光谱、电化学原位XRD等。也可以利用厦门大学的公用设备和条件，包括拉曼光谱、高分辨透射电镜、扫描电镜和超高真空电子能谱等。

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　　应用技术成果


　　项目五：第三代高效太阳能电池的研发

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　　项目简介

　　能源日益紧缺、污染日益严重、气候剧变，人类面临空前的能源危机和环境危机，人们认识到能源供应也必须走可持续发展的道路。在可再生能源中，光伏发电具有独特优势和机遇。它是利用量子力学原理，直接将太阳光能转化为电能，具有高效、无污染、取之不尽、应用灵活、性能可靠等优势。虽然光伏发电已有很大进展，但作为主要能源还有较远距离，其主要原因是太阳能电池的价格仍然较高、光电转换效率还不够高。所以降低成本，提高光电转换效率依然是发展光伏发电的永恒课题。

　　太阳能电池已经历三代的发展。然而，第一代晶硅太阳能电池耗材太多，进一步降低成本的空间已很少；目前第二代薄膜太阳能电池因电池效率较低、稳定性差等问题，严重限制了其推广。新概念第三代高效太阳能电池是继晶硅和薄膜太阳能电池之后发展的新型太阳能电池，采用不同于常规太阳能电池的材料和工作原理，达到高效、低成本、高可靠的目的，已引起科研界极大兴趣，并已成为研发热点。

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　　前期研究基础

　　团队成员在新概念第三代光伏材料、光伏器件以及太阳能电池的数值模拟等方面进行了长期的研究。已开展了硅量子点镶嵌在非晶碳化硅中、纳米晶硅、石墨烯纳米墙、钙钛矿、全碳等光伏材料和光伏器件的研究；并采用AMPS、Afors-Het等数值模拟软件对第三代高效太阳能电池的结构进行优化。

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　　应用技术成果

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好好学习，天天向上！