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1、天津滨海新区国家863计划伙伴城市（城区 ）试点工作成果材料一、 成果名称：低成本锂离子电池隔膜关键技术（2009AA03Z229）二、 归属单位：中国科学院化学研究所三、 成果内容：1、 基本情况：锂离子电池常用的隔膜材料有纤维纸或者无纺布、合成树脂的多孔膜。目前已经商品化的锂离子电池隔膜主要由聚丙烯和聚乙烯材料制成，从降低电池的内阻考虑，希望隔膜尽量薄，具有较高的孔隙率、较低的电阻、较高的抗撕裂强度、较好的抗酸碱能力、良好的弹性及对非质子溶剂的保持性能，因此商品化锂离子电池隔膜材料主要采用聚丙烯和聚乙烯微孔膜，厚度一般在10-25m，微孔尺寸在50-250nm，孔隙率在35-45%左右。作
2、为锂离子电池材料当中技术壁垒最高的一种高附加值产品，隔膜是目前唯一没有实现国产化的锂离子电池材料，其成本占锂离子电池成本的20-30%。目前全球隔膜的需求量约为5亿平方米，中国的需求量在2亿平方米以上，应用领域主要集中在手机电池、笔记本电脑电池、摄像机电池、电动自行车电池等电子产品上。在国家科技部“863”计划支持下，于2006年中国科学院化学研究所与相关企业积极合作，利用干法双向拉伸技术，开展聚丙烯微孔膜锂离子电池隔膜的研究，建设一条设计生产能力在500万平米的中试生产线，实现产业化规模的中试制备。同时通过中试的研究，实现对隔膜配方、生产装备以及工艺技术路线等的完善，为更大规模的产业化制备及
3、工业生产提供依据。2、 技术特点和应用行业：目前市场化的锂离子电池隔膜主要以聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜，包括单层聚乙烯（PE）、单层聚丙烯（PP）以及三层PP/PE/PP的复合膜。（1）干法双向拉伸干法双向拉伸是由中国科学院化学研究所二十世纪九十年代初开始研究，形成的具有自主知识产权的一种隔膜制备方法（CN1062357（中）、US5134174（美）、 BP2251205(英）、JP2509030(日)）。由于一直缺乏相应的配套设备及资金支持，长期停留在实验室阶段。干法双向拉伸主要是利用聚丙烯具有多晶型结构的特点，利用晶型转变进行拉伸成孔。聚丙烯具有、等多种不同的晶型，晶型是稳定的晶型，
4、理论密度约0.936g/cm3，而晶型是一种不稳定的结晶结构，理论密度约0.92g/cm3。由于晶型不稳定，在拉伸过程中向稳定的晶型转变。干法双向拉伸法利用聚丙烯结晶晶型的差异，调控成型过程中膜片形成特定的晶型，随后进行纵向拉伸，使膜片拉伸过程中发生晶型转变生成大量的微缺陷，然后通过横向拉伸使缺陷扩大形成微孔.由于双向拉伸方法进行了纵/横两个方向上的拉伸，和单向拉伸隔膜相比，隔膜在纵/横两个方向均具有很好的力学性能。同时，由于生产过程中不使用有机溶剂，是一种绿色制备工艺。目前采用这种工艺只能生产单层聚丙烯隔膜，要制备具有更高电池安全性能的多层复合隔膜仍需要在工艺和设备上的创新。（2）相关专利简
5、介利用聚丙烯晶型转变通过干法双向拉伸制备锂离子电池隔膜的专利主要有： 中国科学院化学研究所的“高透过性聚丙烯微孔膜及其制法” （US5134174，GB2251205，JP2509030，CN1017682B），中国科学院上海有机研究所的“聚丙烯微孔膜及其生产方法”（CN1034357、US5231326），新日本理化株式会社“连续双轴拉伸聚丙烯多孔膜及其制备方法”（CN1296195）、新乡无氧铜材总厂“一种锂离子电池隔膜的生产方法”（CN1233051）。（3）主要应用领域利用聚丙烯晶型转变通过干法双向拉伸制备锂离子电池隔膜主要可以应用在锂离子二次电池中，在移动通信和娱乐领域（手机、电脑、
6、照相机、MP3等），现代交通领域（电动车、电动自行车、航模、手提电动工具等），和新能源领域有着重要应用。3、 工程化效果与成果产业化情况：在科技部“863”计划支持下，项目依托单位中国科学院化学研究所与协作单位大连新时科技有限公司、苏州星恒电源有限公司以及成都建中锂电池公司之间建立起了良好的合作关系。中国科学院化学研究所进行隔膜的新工艺和技术的研究，由大连新时科技有限公司进行技术的实施，同时针对目前影响电池隔膜质量和性能等生产中存在的技术问题，中国科学院化学研究所从原材料、配方以及工艺的角度，进行技术分析和实验总结，使隔膜的性能有了很大的提高。同时在生产中反馈回来的一些技术问题，也促进了项目组
7、在基础研究上更加深入的认识和理解。中试生产的隔膜由协作单位苏州星恒电源有限公司和成都建中锂电池公司进行隔膜的动力锂离子电池以及一次锂电池的性能评价，并进行反馈，以进一步提高目前中试生产的隔膜性能。在本课题的支持下，目前隔膜已经实现商业化的生产和销售。根据中试工作取得的经验，同时为了进一步降低隔膜的成本，实现批量成本效益，一条年产2000万平米的新隔膜生产线正在由大连新时科技有限公司建设，设备的加工合同已经签订，其中一些加工周期长的设备已经提前定制，整个生产线将在8个月内完成。新生产线的建设，将极大的加大隔膜的产业化规模，具有很好的产业化前景。4、 应用前景和预期社会经济效益：我国锂离子电池用隔
8、膜几乎全部依赖进口，2004年进口量为1588吨，进口额为2150万美元。2008年隔膜进口量为1163吨，进口额为1.32亿美元。五年之间，隔膜费用上涨了约六倍。而期间电池价格是下降的，因此隔膜所占成本比例上升。目前隔膜耗用量约1.3亿平方米，与2007年相比，隔膜进口量增加了约53%，主要由于动力电池产量大幅度增加，对隔膜的需求大幅度提高。随着电动自行车和电动汽车锂离子电池产量规模扩大，对隔膜的需求量将快速增长，急需研究开发国产隔膜，这样才能降低成本，摆脱国外制约，促进动力型锂离子电池商业化发展。随着世界各国及我国新能源政策的实施，锂离子电池成为电动汽车、电动工具和电动自行车的最佳选择后，
9、锂离子电池的市场规模将很快会扩大到目前的5-10倍。此外，锂离子电池在军工产品中的应用前景也十分广阔。团队简介：团队带头人：徐坚，中国科学院化学研究所研究员，浙江嘉善人, 1961年6月生。2000年国家特殊津贴获得者，2001年当选首批新世纪百千万人才工程国家级人材，2005年获得国家杰出青年基金（仿生材料）。1992-1994年四川大学高分子材料工学博士学位，1995-1997年2月中国科学院博士后并聘为副研究员，1999年5月年聘为研究员, 2001年聘为博士导师，2000-2008年期间任中国科学院化学研究所副所长，1998-2005年担任高分子物理与化学国家重点实验室副主任。2001
10、-2005年期间担任科技部863高技术计划新材料领域高性能结构材料主题专家组组长和高性能碳纤维关键技术专项组组长，国家“十一五”863计划新材料领域专家组首席专家，国家973计划项目首席专家，国家基础科技条件平台项目负责人，中国材料研究会副理事长，中国化学会高分子委员会委员，北京市化学会副秘书长。国际学术期刊Cellulose国际编委。国际标准化组织ISO TC202国际主席。北京大学、四川大学、武汉大学、东华大学、北京化工大学、湘潭大学、福建师大等兼职教授。7个国家和教育部重点实验室学术委员。历年共发表论文170余篇，申请专利33项, 授权30余项。编著书册、章节13本（章）。Page 4 of 4
