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日本东丽成功研发出用于空气电池的离子导电聚合物薄膜

嘉峪检测网        2022-06-02 13:55

6月1日,日本东丽公司官网对外宣布该公司已经成功开发出用于空气电池(见注释1)的离子导电聚合物薄膜。通过将这种聚合物薄膜应用于锂空气电池的隔膜,可以提高安全性并延长电池的使用寿命,从而有助于扩大电动汽车(EV)、工业无人机、UAM(见注释2)的续航里程等。

 

便携式电子设备和固定蓄电池等民生应用领域,以及电动汽车EV等车载应用对二次电池的需求正在迅速扩大。与此同时,为了进一步扩大电动汽车和工业无人机的续航里程,并在未来将UAM投入实际应用,二次电池要求越来越轻量化、高能量密度化。

 

在二次电池中,尤其是正极使用空气电极、负极使用金属锂的锂空气电池,不但重量轻,而且理论重量能量密度是传统锂离子电池10倍以上,因此备受关注。

 

但如果在该锂空气电池中使用作为一般隔膜的微多孔薄膜,在反复充放电时,当正极和负极所使用的两种不同的电解液混合,存在电池容易劣化等问题。另外,充电时锂枝晶(见注释3)析出成长,击穿隔膜,正极和负极短路,也存在安全性下降等隐患。

 

针对上述背景,东丽公司通过充分利用长年培育的高耐热芳族聚酰胺(见注释4)聚合物的分子设计技术,设计了具有锂离子跳跃(见注释5)特性的新型聚合物,通过在其上与锂盐复合,可以在无孔的情况下获得能够具有3×10-5S/cm高离子传导性的离子传导聚合物膜。由于该产品没有气孔,因此原则上可以实现电解液分离和锂枝晶抑制两种类型。

 

而使用这种离子传导聚合物薄膜的锂金属电池,在充放电循环中,已被证实比多微孔薄膜具有10倍及以上的稳定电池工作时间。展望未来,公司将围绕以锂空气电池的开发为首的下一代二次电池,不断拓展其应用领域。此外,本技术部分工作获得了新能源和产业技术综合开发机构(NEDO)的资助(JPNP21005)。

 

东丽充分运用“有机合成化学”、“高分子化学”、“生物技术”和“纳米技术”等核心技术,推进有本质性改变社会力量的创新材料的研究、技术开发,以致力于实现企业理念“通过创造新的价值为社会做出贡献”。

 

【注释说明】

 

1) 空气电池:是指以氧气为正极活性物质(传递电子的物质),金属为负极活性物质的电池。

 

2) UAM:城市空中交通的简称,是利用空中运输人员和货物的新型城市交通系统的总称。

 

3) 锂枝晶:是通过电池充电而结晶成长的锂树枝状结晶。锂枝晶生长后,会引起电池性能的下降和内部的短路。

 

4) 芳族聚酰胺:又称芳纶,是一种具有优异耐热性和刚性的高功能聚合物,在薄膜领域中,东丽是世界上唯一一家在薄膜领域以 Mictron® 品牌将其商业化的公司。除了利用批量生产的薄膜中最高的刚性,它被广泛用作数据存储磁带之外,它还被用作薄膜电路材料,因为它具有仅次于聚酰亚胺的耐热性。

 

5) 跳跃:锂离子在膜中形成的相邻位置之间跳跃移动的离子传导。

 
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来源:碳纤维及其复合材料技术