[01372838]化学电源外壳材料的关键技术及其应用

我国在《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》等纲要中多次重点指出：我国将要大力发展电动汽车,并把比容量、可靠性和智能化当作衡量电池的关键性能指标,应该重点突破动力电池的安全性、一致性、耐久性与低成本等一系列关键技术。化学电源主要由外壳材料、正极材料、负极材料、电解质和隔膜五部分组合成,其中外壳材料占据了电池成本的25%以上,因此,提高外壳材料的性能并降低其生产成本是发展先进化学电源科技生产力的关键,具有重要意义。先进化学电源的外壳材料应具有高耐腐蚀、高均一、高存储和高安全等优异性能,而目前国际上主要采用滚镀的制备工艺,即“先对基材塑性成形,然后对零部件表面进行镀层处理”,该类材料存在镀层不均匀、耐蚀性差、容易划伤、污染环境等关键技术问题。为此,本项目同时从化学电源外壳材料的结构和功能上创新,采用预镀加工工艺,即“先对基材表面镀层处理,后进行精密塑性成形”,开发出一系列多层复合薄膜材料,建立了国际领先的示范性生产线,实现了工程化应用,不仅打破了国外的技术垄断,而且主要技术指标大大超过了国际最高水平,居于国际领先地位。 主要技术内容：针对化学电源外壳材料耐蚀性差、易划伤、易剥落等重大关键技术问题,我们创造性地研发了一系列多层复合薄膜外壳材料,即微/纳米晶镍多层薄膜、含镍纳米线多层复合薄膜、含钴纳米线多层复合薄膜三种外壳材料,分别达到了传统材料替代、力学性能增强、耐蚀性改善的目标;实现了这些薄膜材料在化学电源外壳材料的产业化应用;发展了一系列评价这些薄膜材料关键力学、物理性能的方法,并在国际上首次研制了拥有自主知识产权的多功能薄膜力学性能检测装置。 主要科技创新：（1）提出了一种镀覆微/纳米晶镍多层薄膜的外壳材料及其制备方法,其具有优异的耐腐蚀性能和冲压性能,很好地解决了镀层脱落以及表面划伤的难题,成功实现了对传统滚镀外壳材料的替代,并研制了拥有自主知识产权的多功能薄膜力学性能检测装置。（2）为解决预镀外壳材料在加工成形过程中的涂层脱落或表面划伤,增强薄膜材料的力学性能,提出了一种镀覆含镍纳米线复合薄膜的外壳材料及其制备方法,该复合薄膜具有优异的冲压性能与抗强载荷性能,对其热稳定性及其界面结合性能进行了分析。（3）将含钴纳米线多层膜复合技术应用于电池外壳材料,提出了一种含钴纳米线复合薄膜的钢带及其制备方法。该复合薄膜极大地提高外壳材料的耐腐蚀性能,同时发展了考虑尺度效应和基底效应后表征这些薄膜材料关键物理、力学性能的理论模型、实验方法。 技术成果：获得了国家自然科学基金杰出青年基金项目、"863"项目（2项）、湖南省科技重大专项、湖南省战略性新兴产业科技攻关等项目的支持,通过了由中国工程院院士、著名材料科学家李恒德先生作为鉴定委员会主任的专家组的鉴定;受到了中央电视台科技频道、湖南省教育台等媒体的专题报道;申请30项国家发明专利,其中已授权的有9项,在Int.J.Plast.,Acta Mater.等国际顶尖杂志上发表论文50余篇。