CN110137421A - 一种锂电池疏水复合膜和锂电池 - Google Patents

一种锂电池疏水复合膜和锂电池 Download PDF

Info

Publication number
CN110137421A
CN110137421A CN201910411918.8A CN201910411918A CN110137421A CN 110137421 A CN110137421 A CN 110137421A CN 201910411918 A CN201910411918 A CN 201910411918A CN 110137421 A CN110137421 A CN 110137421A
Authority
CN
China
Prior art keywords
hydrophobic
lithium battery
composite
basement membrane
composite membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910411918.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110137421B (zh
Inventor
闫昭
曹文卓
陆浩
李泓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Physics of CAS
Original Assignee
Institute of Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Physics of CAS filed Critical Institute of Physics of CAS
Priority to CN201910411918.8A priority Critical patent/CN110137421B/zh
Publication of CN110137421A publication Critical patent/CN110137421A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110137421B publication Critical patent/CN110137421B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cell Separators (AREA)

Abstract

本发明公开了一种锂电池疏水复合膜和锂电池，所述锂电池疏水复合膜包括：1um‑50um的基膜和0.5um‑50um的复合材料；所述复合材料涂布于基膜之上或者涂布于基膜之上及渗透至基膜中；所述复合材料包括质量比为1:10000‑10000：1的疏水材料和金属氟化物AxFy，其中，x＞0，y＞0,且x,y满足化学式的电价平衡；A为碱金属元素、碱土金属元素、过渡金属元素中的一种或多种混合。

Description

一种锂电池疏水复合膜和锂电池
技术领域
本发明涉及锂电池材料技术领域，尤其涉及一种锂电池疏水复合膜及锂电池。
背景技术
近年来，随着新能源的不断发展，锂离子电池的需求量也在不断增加，提高电池的整体安全性和电化学性能是目前发展锂离子电池的重点。锂离子电池隔膜是锂离子电池的重要组成部分，影响了界面结构和内部阻抗，对电池的热稳定性，循环性能，倍率性能以及安全性起到了至关重要的作用。锂离子电池在长时间的循环中，负极表面会产生锂枝晶而刺穿隔膜，导致正负极短路。另外普通聚烯烃隔膜的表面能较低，其分子链段为非极性，因此与极性电解液无法较好的相互作用，因此隔膜对电解液的浸润性较差，电芯阻抗增加，循环性能下降。
为了改善电池的安全性，国内外科研单位和生产商均认为在聚烯烃隔膜上进行陶瓷涂覆是一种较为可行的途径。因为陶瓷隔膜有三大特点，提升隔膜热稳定性，提升隔膜润湿性，调制微孔均匀性。但陶瓷涂覆后实际上会增加电池内阻，且安全性能也得不到保障。
发明内容
本发明的目的是提供一种锂电池疏水复合膜和锂电池，用以解决现有技术存在的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种锂电池疏水复合膜，包括：1um-50um的基膜和0.5um-50um的复合材料；所述复合材料涂布于基膜之上或者涂布于基膜之上及渗透至基膜中；
所述复合材料包括质量比为1:10000-10000：1的疏水材料和金属氟化物AxFy，其中x＞0，y＞0,且x,y满足化学式的电价平衡；A为碱金属元素、碱土金属元素、过渡金属元素中的一种或多种混合。
优选的，所述复合材料涂布于基膜之上具体为：所述复合材料中疏水材料和金属氟化物分层分布或混合分布在基膜之上。
优选的，所述碱金属元素包括Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或多种；
所述碱土金属元素包括Mg、Ba、Ca、Sr中的一种或多种；
所述过渡金属元素包括Co、Ni、Ti、Zr、Fe、Si、Zn、Au、Nb、Cu中的一种或多种。
优选的，所述疏水材料包括：氟化石墨、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、乙烯和四氟乙烯的共聚物、过氟烷基化物、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、不含氟的丙烯酸酯、超疏水碳纤维、超疏水碳纳米管阵列、导电多孔气凝胶、超疏水聚丙烯腈纳米纤维、荧光染料、催化剂、激素或芳香物质中的任意一种或至少两种混合物。
优选的，所述复合材料中疏水材料颗粒粒径10nm-50um,金属氟化物的粒径10nm-50um。
优选的，所述基膜包括聚丙烯PP膜、聚乙烯PE膜、无纺布隔膜、纤维隔膜、陶瓷纤维隔膜、陶瓷隔膜、固态电解质隔膜中的一种或多种的复合膜。
第二方面，本发明实施例提供了一种包括上述第一方面所述的锂电池疏水复合膜的锂电池。
优选的，所述锂电池具体包括液态离子电池、半固态离子电池、固态锂离子电池及金属锂电池。
本发明提供的锂电池疏水复合膜，厚度均匀、在空气中长期稳定，有效抑制锂枝晶，并具有强烈的疏水性能，有效的提高电池的安全性，可以用于液态、半固态、准固态、全固态锂电池以及金属锂电池中。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。
图1为本发明实施例提供的锂电池疏水复合膜的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的锂电池疏水复合膜对水的润湿性效果与对比例的效果对比图；
图3为本发明提供为PP基膜、对比例、实施例2制得的复合膜在不同温度下热稳定性测试形貌对比图；
图4为本发明实施例1与对比例1制备得到的半电池循环测试对比图；
图5为本发明实施例3提供的锂电池疏水复合膜与对比例制备的隔膜的阻抗图对比。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明，但并不意于限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种锂电池疏水复合膜，包括：1um-50um的基膜和0.5um-50um的复合材料；复合材料涂布于基膜之上或者涂布于基膜之上及渗透至基膜中；
复合材料包括质量比为1:10000-10000：1的疏水材料和金属氟化物；因此，复合材料涂布于基膜之上具体是指复合材料中疏水材料和金属氟化物分层分布或混合分布在基膜之上。例如，可以是如图1所示的结构。
其中，金属氟化物表示为AxFy，x＞0，y＞0,且x,y满足化学式的电价平衡；A为碱金属元素、碱土金属元素、过渡金属元素中的一种或多种混合。碱金属元素包括L i、Na、K、Rb、Cs中的一种或多种；碱土金属元素包括Mg、Ba、Ca、Sr中的一种或多种；过渡金属元素包括Co、Ni、Ti、Zr、Fe、Si、Zn、Au、Nb、Cu中的一种或多种。
疏水材料包括：氟化石墨、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、乙烯和四氟乙烯的共聚物、过氟烷基化物、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、不含氟的丙烯酸酯、超疏水碳纤维、超疏水碳纳米管阵列、导电多孔气凝胶、超疏水聚丙烯腈纳米纤维、荧光染料、催化剂、激素或芳香物质中的任意一种或至少两种混合物。
在本发明的疏水复合膜中，复合材料中疏水材料颗粒粒径10nm-50um,金属氟化物的粒径10nm-50um
本发明的疏水复合膜可以通过将疏水材料和金属氟化物涂布于基膜的一面或者两面来获得。涂覆方式可以将疏水材料和金属氟化物混合涂覆，也可以进行依次涂覆；基膜包括聚丙烯PP膜、聚乙烯PE膜、无纺布隔膜、纤维隔膜、陶瓷纤维隔膜、陶瓷隔膜、固态电解质隔膜中的一种或多种复合。
通过上述方法获得的锂电池疏水复合膜厚度均匀、在空气中长期稳定，有效抑制锂枝晶，并具有强烈的疏水性能，有效的提高电池的安全性。
下面通过具体的实例，对本发明的技术方案进行进一步详细说明。
实施例1
本实施例提供了一种锂电池疏水复合膜，包括基膜和涂布于基膜之上及渗透至基膜中的复合材料。其中基膜为聚丙烯多孔膜，厚度为10um；复合材料包括粒径为500nm的偏氟乙烯-六氟丙烯粉末(疏水材料)和粒径为1um的LiF粉末金属(氟化物)，偏氟乙烯-六氟丙烯与LiF粉末金属的质量比为100:1。
采用分层涂覆的方法，先涂覆氟化锂2um厚度，再在氟化锂涂层上再涂覆一层偏氟乙烯-六氟丙烯涂层2um厚度，得到锂电池疏水复合膜。
本发明实施例1提供的锂电池疏水复合膜对水的润湿角如图2所示，由图2可以看出，该复合膜疏水性强。
实施例2
本实施例提供了一种锂电池疏水复合膜，包括基膜和涂布于基膜之上及渗透至基膜中的复合材料。其中基膜为聚丙烯多孔膜，厚度为10um；复合材料包括粒径为200nm的氟化石墨粉末(疏水材料)和粒径为2um的NaF粉末(金属氟化物)，氟化石墨粉末和NaF粉末的质量比为100:2。。
采用分层涂覆的方法，先涂覆氟化锂4um厚度，再在氟化锂涂层上再涂覆一层氟化石墨涂层2um厚度，重复以上过程再次涂覆，得到锂电池疏水复合膜。
实施例3
本实施例提供了一种锂电池疏水复合膜，包括基膜和涂布于基膜之上及渗透至基膜中的复合材料。其中基膜为聚丙烯多孔膜，厚度为10um；复合材料包括粒径为200nm的聚偏氟乙烯粉末(疏水材料)和粒径为2um的BaF2粉末(金属氟化物)，聚偏氟乙烯粉末与BaF2粉末的质量比1:1。
采用分层涂覆的方法，先涂覆氟化锂4um厚度，再在氟化锂涂层上再涂覆一层氟化石墨涂层2um厚度，重复以上过程再次涂覆，得到锂电池疏水复合膜。
为了充分体现本发明锂电池疏水复合膜的性质，我们采用如下对比例与上述各实施例中的复合膜进行了各项对比。
对比例
本对比例采用单面涂布氧化铝的聚丙烯多孔膜，基膜厚度为10um，氧化铝涂层为6um。
实施例1中锂电池疏水复合膜对水的润湿性效果与对比例的效果对比图如图2所示；可以看出实施例1的复合膜具有强烈的疏水性能。
PP基膜、对比例、实施例2制得的复合膜在不同温度下热稳定性测试形貌对比图如图3所示；可以看出：实施例2制得的复合膜热稳定性比PP基膜更好，与对比例相似。
本发明实施例1与对比例制备得到的半电池循环测试对比图如图4所示，可以看出：实施1比对比例的直流内阻更小。
锂电池疏水复合膜与对比例制备的隔膜的阻抗对比如图5所示，可以看出：实施例3比对比例的交流内阻更小。
本发明的锂电池疏水复合膜厚度均匀、在空气中长期稳定，有效抑制锂枝晶，并具有强烈的疏水性能，有效的提高电池的安全性
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂电池疏水复合膜，其特征在于，所述锂电池疏水复合膜包括：1um-50um的基膜和0.5um-50um的复合材料；所述复合材料涂布于基膜之上或者涂布于基膜之上及渗透至基膜中；
所述复合材料包括质量比为1:10000-10000：1的疏水材料和金属氟化物AxFy，其中x＞0，y＞0,且x,y满足化学式的电价平衡；A为碱金属元素、碱土金属元素、过渡金属元素中的一种或多种混合。
2.根据权利要求1所述的锂电池疏水复合膜，其特征在于，所述复合材料涂布于基膜之上具体为：所述复合材料中疏水材料和金属氟化物分层分布或混合分布在基膜之上。
3.根据权利要求1所述的锂电池疏水复合膜，其特征在于，所述碱金属元素包括Li、Na、K、Rb、Cs中的一种或多种；
所述碱土金属元素包括Mg、Ba、Ca、Sr中的一种或多种；
所述过渡金属元素包括Co、Ni、Ti、Zr、Fe、Si、Zn、Au、Nb、Cu中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的锂电池疏水复合膜，其特征在于，所述疏水材料包括：氟化石墨、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、乙烯和四氟乙烯的共聚物、过氟烷基化物、聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯、不含氟的丙烯酸酯、超疏水碳纤维、超疏水碳纳米管阵列、导电多孔气凝胶、超疏水聚丙烯腈纳米纤维、荧光染料、催化剂、激素或芳香物质中的任意一种或至少两种混合物。
5.根据权利要求1所述的锂电池疏水复合膜，其特征在于，所述复合材料中疏水材料颗粒粒径10nm-50um,金属氟化物的粒径10nm-50um。
6.根据权利要求1所述的锂电池疏水复合膜，其特征在于，所述基膜包括聚丙烯PP膜、聚乙烯PE膜、无纺布隔膜、纤维隔膜、陶瓷纤维隔膜、陶瓷隔膜、固态电解质隔膜中的一种或多种的复合膜。
7.一种包括上述权利要求1-6任一所述的锂电池疏水复合膜的锂电池。
8.根据权利要求7所述的锂电池，其特征在于，所述锂电池具体包括液态离子电池、半固态离子电池、固态锂离子电池及金属锂电池。
CN201910411918.8A 2019-05-17 2019-05-17 一种锂电池疏水复合膜和锂电池 Active CN110137421B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910411918.8A CN110137421B (zh) 2019-05-17 2019-05-17 一种锂电池疏水复合膜和锂电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910411918.8A CN110137421B (zh) 2019-05-17 2019-05-17 一种锂电池疏水复合膜和锂电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110137421A true CN110137421A (zh) 2019-08-16
CN110137421B CN110137421B (zh) 2020-08-04

Family

ID=67574972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910411918.8A Active CN110137421B (zh) 2019-05-17 2019-05-17 一种锂电池疏水复合膜和锂电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110137421B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111342142A (zh) * 2020-03-11 2020-06-26 电子科技大学 一种锂电芯结构、锂电池结构及其制备方法
CN111362365A (zh) * 2020-01-17 2020-07-03 华中科技大学 一种无动力脱氮除磷原电池及其制备方法与应用
CN111564591A (zh) * 2020-04-30 2020-08-21 北京航空航天大学 一种锂金属电池隔膜改性浆料及其应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160365557A1 (en) * 2015-06-09 2016-12-15 Palo Alto Research Center Incorporated High performance, temperature resistant, printable separator
CN109037626A (zh) * 2018-07-20 2018-12-18 浙江大学 一种碱金属基负极及其制备方法和应用
CN109167012A (zh) * 2018-08-15 2019-01-08 珠海光宇电池有限公司 多层复合结构隔膜及其制备方法和锂硫电池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160365557A1 (en) * 2015-06-09 2016-12-15 Palo Alto Research Center Incorporated High performance, temperature resistant, printable separator
CN109037626A (zh) * 2018-07-20 2018-12-18 浙江大学 一种碱金属基负极及其制备方法和应用
CN109167012A (zh) * 2018-08-15 2019-01-08 珠海光宇电池有限公司 多层复合结构隔膜及其制备方法和锂硫电池

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111362365A (zh) * 2020-01-17 2020-07-03 华中科技大学 一种无动力脱氮除磷原电池及其制备方法与应用
CN111362365B (zh) * 2020-01-17 2021-03-26 华中科技大学 一种无动力脱氮除磷原电池及其制备方法与应用
CN111342142A (zh) * 2020-03-11 2020-06-26 电子科技大学 一种锂电芯结构、锂电池结构及其制备方法
CN111564591A (zh) * 2020-04-30 2020-08-21 北京航空航天大学 一种锂金属电池隔膜改性浆料及其应用
CN111564591B (zh) * 2020-04-30 2021-10-26 北京航空航天大学 一种锂金属电池隔膜改性浆料及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN110137421B (zh) 2020-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110137421A (zh) 一种锂电池疏水复合膜和锂电池
CN109494390A (zh) 一种改性固态电解质膜及其制备方法和锂电池
Shi et al. Polyimide matrix-enhanced cross-linked gel separator with three-dimensional heat-resistance skeleton for high-safety and high-power lithium ion batteries
US10854904B2 (en) Polymer electrolyte membrane, a method for fabricating the same, and a membrane-electrode assembly including the same
CN101773788B (zh) 带牺牲纤维网布增强的含氟离子交换膜
CN109167004A (zh) 用于锂离子电池的涂布液、锂离子电池隔膜和锂离子电池
CN108630867A (zh) 隔膜及其制备方法、锂离子电池
CN100580987C (zh) 一种微孔膜增强含氟交联离子交换膜及其制备方法
JP2013518365A (ja) プロトン伝導性膜を製造する方法
CN109065804A (zh) 一种水性陶瓷/pvdf混合涂覆浆料及其制备方法和应用
CN108807825A (zh) 用于锂离子电池的涂布液、锂离子电池隔膜和锂离子电池
CN101320818B (zh) 一种纤维增强多层含氟离子交换膜
CN105009341A (zh) 具有包含离聚物的隔膜的液流电池
CN109575187A (zh) 交联聚合物电解质制备方法、半固态聚合物电池及制备方法
CN107528038A (zh) 制备复合隔膜的混合浆料及复合隔膜的制备方法
CN109167013A (zh) 用于锂离子电池的涂布液、锂离子电池隔膜和锂离子电池
CN101263167A (zh) 用于电池电极的乙烯基氟基共聚物粘合剂
JP2003128833A (ja) 多孔性基体の含浸方法
CN110048058A (zh) 一种复合型锂离子电池隔膜及其制备方法
JPWO2014034415A1 (ja) バナジウム系レドックス電池用イオン交換膜、複合体、及びバナジウム系レドックス電池
CN108475785A (zh) 粘合剂组合物、粘合剂分散液、电极合剂、电极、非水电解质二次电池、以及粘合剂组合物的制造方法
CN109216635A (zh) 活化膜及其制备方法和应用
CN108780868A (zh) 膜组件、电极组件、膜电极组件以及由这些组件制成的电化学电池和液流蓄电池
CN108780907A (zh) 膜组件、电极组件、膜电极组件以及由这些组件制成的电化学电池和液流蓄电池
CN109742299A (zh) 一种多级功能模块耦合互补的隔膜及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant