青岛储能院在高安全性阻燃隔膜和阻燃电解质领域取得系列进展

　　近年来，依托青岛能源所建设的青岛储能产业技术研究院（简称“青岛储能院”）自主开发出阻燃型耐热收缩的芳纶(Solid State Ionics, 2013, 245-246, 49-55)、生物质纤维素基复合隔膜(Scientific reports, 2014, 4, 3935; Journal of The Electrochemical Society, 2015, 162, A834-A838)、聚芳砜酰胺(Journal of the Electrochemical Society, 2014, 161, A1032-A1038)、聚酰亚胺(Nano Energy, 2014, 10, 277-287)等系列隔膜材料，为高安全性锂离子电池的开发奠定了基础。

　　随着电动汽车产业的快速发展，锂离子电池单体容量也变的越来越大（通常大于10Ah），需要进一步采用阻燃型液态有机电解质来保证电池在严苛使用条件下（过充、过热或在极端外力情形（挤压、针刺））不会起火燃烧和爆炸。但是在目前商品液态电解质中常用的磷酸酯类阻燃添加剂用量大（通常大于20%，质量分数）且会严重恶化锂离子电池的性能。基于此种现状，近日，青岛储能院开发出两大类对锂离子电池性能影响非常小的阻燃添加剂，即环三磷腈类(乙氧基五氟环三磷腈、苯氧基五氟环三磷腈、六烯丙胺基环三磷腈等)和磷基低聚物(Journal of The Electrochemical Society, 2017, 164, A1559-A1563)。受传统中医药方和西医“药物协同联用”思想的启发，青岛储能院进一步发展了“功能添加剂协同联用”策略(Energy Technology 2017, 5, 1979-1989)，成功地将乙氧基五氟环三磷腈应用在下一代高能量密度高电压LiNi0.5Mn1.5O4/石墨锂离子电池体系中（见插图1），相关研究成果已发表在国际期刊Advanced Energy Materials (Adv. Energy Mater. 2017, DOI: 10.1002/aenm.201701398). 近期，青岛储能院还将环三磷腈类阻燃剂应用于48 Ah的大容量三元材料动力锂电池中，能够大幅提高电池的安全性能（针刺，挤压，热冲击和热扩散测试），满足动力锂离子电池国家安全标准，同时对电池的电化学性能影响较小（见插图2）。

　　以上工作得到中国科学院纳米先导专项、青岛市储能行业科学研究智库联合基金和青岛能源所“135”项目、国家自然科学基金、山东省自然科学基金的大力支持。（文/图 崔光磊 许高洁）

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图2