科创中国

行业领域

新材料技术,新材料产业,制造业,高性能纤维及制品和复合材料,化学纤维制造业,橡胶和塑料制品业

需求背景

在锂离子动力电池负极集流体材料中，利用三维网络的多孔铜替传统的二维铜箔集流体，可以实现锂离子在负极的均匀分布，显著提升了锂金属负极的循环稳定性。由于多孔铜良好的电导性，使电子能在整个三维网络结构里更均匀快速地传输，而且可以容纳电极充放电过程中的体积变化。均匀的锂离子分布和电子传输，使得锂金属沉积有效地发生在三维多孔铜表面，并被限制在三维网络的内部孔道中，极大地抑制了锂枝晶的生长。提高多孔铜的孔隙率，单位体积负极集流体比表面积越大，就能提高锂离子动力电池的充放电效率以及电池容量密度。

镍氢电池是一种传统的二次电池，镍氢新能源电池相比锂电池，具有成本低，有成熟的环保回收解决方案等特点。制备镍氢电池的正极材料就是多孔金属镍材料（又称多孔镍或者泡沫镍），目前用于受制于泡沫镍的性能，无法制备出更高孔隙率的泡沫镍材料，目前，镍氢电池存在能量密度偏低，比重偏高等缺陷，限制了镍氢新能源电池的发展。

不论是锂离子电池的负极集流体多孔铜材料还是镍氢电池正极多孔镍材料，市场中成熟的制备方法是先在多孔模板材料上通过真空磁控溅射或者化学镀的方式在模板材料表面镀一层金属薄膜，使模板材料导电，再经过电沉积法制备满足要求的多孔金属材料。聚氨酯多孔材料是一种全开孔、具有三维网状结构的聚氨酯发泡材料，聚氨酯多孔材料是一种重要的高分子模板材料用来制备各类多孔金属。聚酯型聚氨酯材料由于分子中氢键作用，材料具有较高的拉伸强度、撕裂强度以及压缩强度，国内外生产高端的多孔铜、多孔镍的模板材料90%以上采用聚酯型聚氨酯多孔材料。

目前，国内外规模化生产聚酯型聚氨酯多孔材料的企业有，福派博克高分子材料（常州）有限公司、井上高分子材料有限公司、湖北世丰新材料有限公司，德国福派以及日本井上正在针对进一步提高聚氨酯多孔材料孔隙率上进行技术攻关，研发聚酯型高孔隙率聚氨酯多孔材料，布局新一轮新能源赛道，因此，开发出具有自主技术的聚酯型高孔隙率聚氨酯多孔材料并将其产业化迫在眉睫，目前湖北省内乃至国内具有相当规模的聚酯多孔材料研发生产企业仅湖北世丰一家。本项目以国家重大需求为牵引，以开发聚酯型高孔隙率聚氨酯多孔材料为目标，通过解决相关核心科学技术问题，促使其走向大规模、可持续的产业化应用，将为推动我省乃至全国新能源产业的深度发展具有重大意义。

需解决的主要技术难题

（1）聚酯型聚氨酯多孔材料的发泡过程决定着泡孔的孔径大小、不同孔径间的尺寸偏差，如何优化发泡配方，提高泡沫稳定性。

（2）聚酯型聚氨酯多孔材料切割过程决定着厚度大小、表面的平整度，如何优化切割工艺或者切割方式，进一步降低切割厚度以及提高切割面的平整度。

（3）聚氨酯多孔材料的网化过程就是将海绵放在网化炉中通过氢气氧气爆炸的方式，如何优化配方，提高发泡泡体的开孔性，增加海绵的透气率，降低后道网化的压力。

（4）聚酯型聚氨酯多孔材料由于结构的原因耐水性能较差，如何通过配方调整提高聚酯型聚氨酯多孔材料的耐水解性。

期望实现的主要技术目标

技术指标                                                      测试标准              单位           要求值
密度                                                                ISO845            kg/m3          55-65
断裂拉伸强度                                                  ISO1798            kPa            ≥200
断裂伸长率                                                      ISO1798               %            ≥250
撕裂强度                                                          ISO8067             N/mm         ≥***
压缩变形力（40%）                                        ISO3386                kPa          ≥5
每英寸泡孔数                                    HBSF-CELL DIA 1001            ppi    150-180
透气率                                                                         ISO 9237       l/m²/s    ≥600
高温高湿强度保留率（70℃，95%RH,96h）                ISO1798         %       ≥70
高温高湿断裂伸长率保留率（70℃，95%RH,96h）        ISO1798       %       ≥70

需求解析

解析单位：“科创中国”咸宁大健康、智能机电专业科技服务团（湖北香城智能机电研究院有限公司） 解析时间：2023-06-16

徐碧玉

湖北香城智能机电研究院有限公司

副总经理

综合评价

本需求描述清晰，技术指标明确，属于提高新能源电池性能和寿命的关键技术，研发成功后，能开发出更安全、续航李成更长、充电速度更快的电池，助力高性能新能源电池行业的发展。

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