CN109860474B - 一种活性隔膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种活性隔膜，该隔膜中包含基膜和可与金属锂反应的活性物质，可与金属锂反应的活性物质分散于基膜中。所述基膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚偏氟乙烯‑六氟丙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、聚四氟乙烯膜、聚丙烯酸酯类膜、聚氯乙烯膜、聚环氧乙烯膜、玻璃纤维膜、纤维素膜中的一种或多种复合膜。所述活性物质活性为I₂、S、V₂O₅、MoO₃、MnO₂、Bi₂O₃、Bi₂Pb₂O₅、氟化碳、CuCl₂、CuF₂、CuO、CuS、FeS、FeS₂、Ni₂S₂、AgCl、Ag₂CrO₄中的一种或多种。所述基膜的制备方法包括熔融拉伸法、热致相分离法、熔喷法、纺粘法、抄纸工艺、流延法、静电纺丝技术、浸涂法。

Description

一种活性隔膜及其制备方法

技术领域

本发明属于电化学储能技术领域，具体地，涉及到一种用于锂离子电池或金属锂电池的新型隔膜及其制备方法。

背景技术

随着当今世界能源与环境问题的日益严峻，人们对于清洁高效及可再生能源的需求不断增加，能量的高效转化与存储也日益受到关注。高能量密度和环境友好的锂离子电池和金属锂电池成为近年来的重要研究方向。

然而无论锂离子电池还是金属锂电池都存在锂枝晶问题，其中金属锂电池更为严重。循环过程中负极产生的锂枝晶刺穿隔膜导致电池短路，影响电池寿命、形成安全隐患。

目前从隔膜角度抑制锂枝晶的方法有：采用化合物填充或涂覆隔膜、增强隔膜基材强度、改善隔膜结构强度等。以上这些方法最终都是通过增强隔膜自身的机械强度来增强隔膜对锂枝晶的抵抗力，对锂枝晶的抑制作用有限。发明专利申请201710493913.5，提出了在隔膜中引入活性夹层，使活性夹层与金属锂枝晶发生反应，从而将锂枝晶转化为惰性绝缘产物的方法。该方法可以最大程度地缓解锂枝晶问题，但构建三层隔膜，制备方法较为复杂，工艺繁琐。本发明进一步简化了发明专利申请201710493913.5中活性夹层隔膜的制备方法，并使隔膜在原有抑制锂枝晶的作用上增加了新的功能。

发明内容

在发明专利申请201710493913.5中，包含活性夹层的隔膜包括基膜层、活性夹层、另一层绝缘层三部分，本发明提出的活性隔膜仅包括活性层，该活性层在电池中与正极、负极接触时，活性层两侧表面发生反应原位生成正、负极侧绝缘层，活性层中未与正、负极接触部分不会参加反应仍可作为活性夹层使用。此外，活性层与正极接触时，在电池首次放电过程中，接触部分可作为电池正极参与放电，增加电池的首次放电容量；活性层与负极接触时，接触部分同金属锂发生反应，可促进金属锂活化，在金属锂表面形成新的SEI膜。

一种活性隔膜，该隔膜中包含基膜和可与金属锂反应的活性物质，可与金属锂反应的活性物质分散于基膜中。

所述基膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、聚四氟乙烯膜、聚丙烯酸酯类膜、聚氯乙烯膜、聚环氧乙烯膜、玻璃纤维膜、纤维素膜中的一种或多种复合膜。

所述活性物质活性为I₂、S、V₂O₅、MoO₃、MnO₂、Bi₂O₃、Bi₂Pb₂O₅、氟化碳、CuCl₂、CuF₂、CuO、CuS、FeS、FeS₂、Ni₂S₂、AgCl、Ag₂CrO₄中的一种或多种。

所述基膜的制备方法包括熔融拉伸法、热致相分离法、熔喷法、纺粘法、抄纸工艺、流延法、静电纺丝技术、浸涂法。

所述活性隔膜的制备方法为在基膜的制备过程中加入活性物质，活性物质与基膜材料共熔融或者共制浆共同制备成膜。

所述活性隔膜的制备方法为采用浸润法、涂覆法、气相沉积法、磁控溅射法、粒子束溅射、原子层沉积、激光沉积在基膜中加入活性物质。

附图说明

图1为本发明实施例1所制备的活性隔膜的照片

图2为本发明实施例1所制备的活性隔膜截面的SEM图

图3为实施例1与对比例1所制备电池的循环性能曲线

具体实施方式

以下结合附图与实施例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

称取0.5g聚偏氟乙烯-六氟丙烯加入5g去离子水中，用磁力搅拌器搅拌至聚偏氟乙烯-六氟丙烯完全溶解；称取0.1g氟化碳加入聚偏氟乙烯-六氟丙烯溶液中，搅拌10h得到混合浆料，采用流延法将混合浆料制备成膜。

以金属锂为负极，硫碳复合材料为正极，上述复合膜为隔膜装配软包装电池。电池静置48小时后抽真空。以0.05C的充放电倍率对电池进行电性能测试。

图1为实施例1所制备的活性隔膜的照片，图2为活性隔膜截面的SEM图。

对比例1

称取0.5g聚偏氟乙烯-六氟丙烯加入5g去离子水中，用磁力搅拌器搅拌至聚偏氟乙烯-六氟丙烯完全溶解，采用流延法将混合浆料制备成膜

以锂带为负极，含硫正极材料为正极，采用上述聚偏氟乙烯-六氟丙烯隔膜装配软包装电池。电池静置48小时后抽真空。以0.05C的充放电倍率对电池进行电性能测试。

图3为实施例1与对比例1所制备的电池的循环性能曲线。由图可见实施例1制备的电池首次放电容量为366mAh，电池循环寿命大于100次；对比例1制备的电池首次放电容量为284mAh，电池循环寿命为46次。

实施例2

称取15g碘加入100g乙醇溶液中，搅拌至碘完全溶解。将聚乙烯隔膜浸泡在上述碘溶液中1小时后，将隔膜放入烘箱干燥，即可得到含活性物质隔膜。

以金属锂为负极，碳硫复合材料为正极，上述隔膜涂层对负极，装配软包装电池。电池静置48小时后抽真空。以0.1C的充放电倍率对电池进行电性能测试。电池首次放电容量为360mAh，循环寿命为122次。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (1)

1.一种活性隔膜，其特征在于，包括：基膜和可与金属锂反应的活性物质，可与金属锂反应的活性物质分散于基膜中； 所述基膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、聚四氟乙烯膜、聚丙烯酸酯类膜、聚氯乙烯膜、聚环氧乙烯膜、玻璃纤维膜、纤维素膜中的一种或多种复合膜； 所述活性物质为I₂、S、V₂O₅、MoO₃、MnO₂、Bi₂O₃、Bi₂Pb₂O₅、氟化碳、CuCl₂、CuF₂、CuO、CuS、FeS、FeS₂、Ni₂S₂、AgCl、Ag₂CrO₄中的一种或多种；

所述基膜的制备方法包括熔融拉伸法、热致相分离法、熔喷法、纺粘法、抄纸工艺、流延法、静电纺丝技术、浸涂法;

所述活性隔膜的制备方法为在基膜的制备过程中加入活性物质，活性物质与基膜材料共熔融或者共制浆共同制备成膜。

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