1. 研究目的与意义
锂离子电池隔膜的进步和发展是建立在锂离子电池发展的基础上的，两者是“命运共同体”，隔膜技术是随着电池技术的不断发展而进步的。首先从锂离子电池的体积上来说，电池的体积在向两极化发展，要么微型化、要么巨型化，所以电池的进步和发展对隔膜技术的标准也愈发提高。通过对锂离子电池市场进行分析，汽车动力电池将是未来的主要发展方向，汽车电池产业必将快速兴起，届时对电池隔膜的需求量也会极大增加。国内在国家政策和经济环境的影响之下, 如今锂离子电池的发展十分迅速, 同时锂离子电池也相应发展。随着研究的进行, 锂离子电池隔膜种类逐渐增多、生产工艺逐渐完善。聚乙烯的熔点比较低, 聚丙烯在加热条件下容易氧化, 聚酰亚胺的价格又比较昂贵等各种因素制约着锂离子电池隔膜的发展, 而且我们国内能达到生产高性能的隔膜的厂家很少, 大多从国外进口。正是由于现在的锂离子电池隔膜存在着不足, 所以, 研发高性能的锂离子电池隔膜已经迫不及待了。我们应该加强对新型隔膜的研究, 创新锂离子电池隔膜的制作工艺, 使制备的隔膜具有更加优秀的机械性能, 电化学性能, 电解液润湿性, 耐热性等优秀性能, 或者将一些拥有优秀性能的物质加入锂离子电池隔膜中, 赋予隔膜新的性能和生命。因此, 开发新的隔膜材料, 提高隔膜的性能并降低隔膜的成本是隔膜发展的必经之路。
在当前研究的锂离子电池负极材料新体系中, 锂金属电极由于其极高的理论比容量(3860mAh/g)、较低的质量密度(0.59 g/cm3)和极低的氧化还原电位(-3.04Vvs. SHE(标准氢电极))等特性, 又一次引起了国内外研究学者的高度关注, 锂金属电极再次成为二次电池领域的研究热点。以锂金属为负极, 以过渡金属氧化物、硫、氧气等大容量正极材料为正极组装而成的锂-过渡金属氧化物电池、锂-硫电池和锂-氧电池等下一代锂金属电池, 其电池单体实际能量密度可突破300Wh/kg, 甚至达到500 Wh/kg。然而在锂金属电池充放电过程中, 由不可控锂枝晶引起的安全问题严重阻碍了锂金属电池的实际应用。其中主要包括: 刺穿隔膜、导致电池短路并引发严重的安全问题; 在电化学锂溶解过程中形成“死锂”并造成锂金属电极活性材料的不可逆消耗, 降低锂金属电池的库伦效率与缩短电池使用寿命; 在电化学循环过程中产生巨大的体积变化, 破坏锂金属电极的结构完整, 导致电池整体失活。由此可见, 锂金属电池充放电循环过程中不可控的锂枝晶生长严重制约着高比能锂金属电池的实际应用。张继光研究组报道使用高浓度电解液4mol/L LiFSI-DME组成的锂锂对电池在10 mA/cm2电流密度下可循环6000圈且无锂枝晶产生。清华大学张强研究组提出一种具有极高比表面积的石墨烯纳米结构骨架的金属锂负极来降低有效电流密度, 进而解决锂金属负极的枝晶生长问题。中南大学纪效波研究组制备了基于黄铜网的三维分级多孔结构负极来效降低电流密度、抑制锂枝晶产生.浙江大学陆盈盈研究组利用机械压力把多孔铜网集流体嵌入锂金属中, 形成3D Cu/Li复合电极结构来降低有效电流密度, 稳定锂金属电极结构。中国科学院过程工程研究所韩永生研究组通过采用外部交流电场和直流电场的方式提高了锂离子的扩散能力, 减缓了锂枝晶生长。 复旦大学江志裕研究组采用双向脉冲电流充电方法取代传统直流充电方式能消除离子耗尽层的产生, 进而抑制了锂枝晶的产生。所以本课题将采取氮化硅多孔膜作为锂离子电池用隔膜，氮化硅多孔膜材料具有优异的力学性能、孔径可控和耐腐蚀性能，是极具潜力的锂离子电池用隔膜材料。常用的锂离子电池隔膜材料为聚丙烯(PP)，但是聚合物材料因为强度韧性低，在充放电过程中容易因生成锂枝晶而导致刺破，引起短路，造成电池损坏甚至造成火灾和爆炸。目前常用的方案是制备固体电解质，但是固体电解质和正负极的界面接触电阻较大，且固体电解质也存在电导率低，易水解或者容易和金属锂反应等问题，电池性能不易提高。所以提出采用氮化硅膜取代聚丙烯膜，通过氮化硅膜来抑制锂枝晶，提高锂电池的安全可靠性。
2. 研究内容和预期目标
本课题将采取氮化硅多孔膜作为锂离子电池用隔膜，氮化硅多孔膜材料具有优异的力学性能、孔径可控和耐腐蚀性能，是极具潜力的锂离子电池用隔膜材料。常用的锂离子电池隔膜材料为聚丙烯(pp)，但是聚合物材料因为强度韧性低，在充放电过程中容易因生成锂枝晶而导致刺破，引起短路，造成电池损坏甚至造成火灾和爆炸。目前常用的方案是制备固体电解质，但是固体电解质和正负极的界面接触电阻较大，且固体电解质也存在电导率低，易水解或者容易和金属锂反应等问题，电池性能不易提高。所以提出采用氮化硅膜取代聚丙烯膜，通过氮化硅膜来抑制锂枝晶，提高锂电池的安全可靠性。 主要内容包括：流延成型工艺制备平板氮化硅多孔膜，将多孔陶瓷膜用作锂离子隔膜，利用sem表征技术对其结构和形貌进行分析，测试浸润电解液隔膜的电导率、对电解液的吸附和保有性能等，采用恒流充放电测试、循环伏安测试评估其作为锂离子电池隔膜的性能
预期目标：
3. 研究的方法与步骤
研究方法：采用直接氮化法制备氮化硅，流延成型工艺制备平板氮化硅多孔膜。
实验步骤：
1、硅粉直接氮化法：采用低成本硅粉(微米级的硅粉)，在1200－1400℃高温下，氮气或者氨气的气氛中，硅与氮气或氨气直接反应得到氮化硅。
4. 参考文献
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5. 计划与进度安排
第一阶段（第1～4周）：3月1日～3月28日
文献检索，论文开题，写出开题报告；
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