CN115241603B - 一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用 - Google Patents
一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115241603B CN115241603B CN202211163471.5A CN202211163471A CN115241603B CN 115241603 B CN115241603 B CN 115241603B CN 202211163471 A CN202211163471 A CN 202211163471A CN 115241603 B CN115241603 B CN 115241603B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heavy metal
- ceramic
- coating
- modified
- metal capturing
- 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.)
- Active
Links
Classifications
-
- 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
- H01M50/446—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
-
- 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
- H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
-
- 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
- H01M50/431—Inorganic material
- H01M50/434—Ceramics
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Cell Separators (AREA)
Abstract
本申请公开了一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用,涉及二次电池技术领域。所述的重金属捕获隔膜包括基膜和涂层,涂层设置在基膜的至少一侧表面上,所述涂层包括MA/AA/Li‑改性陶瓷、增稠剂和粘结剂。本申请通过添加表面修饰丙烯酸马来酸锂的改性陶瓷(即MA/AA/Li‑改性陶瓷),其中的MA/AA赋予涂层捕获从正极活性材料中逸散的Mn离子的能力,且由于修饰基MA/AA与陶瓷通过化学键的形式牢牢锁定,所以不存在逸散和污染电解液的风险。
Description
技术领域
本申请涉及二次电池技术领域,特别涉及到一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用。
背景技术
正负极材料是决定电池能量密度的关键因素,从现有技术出发,正极材料的突破更容易实现能量密度飞跃。其中,以磷酸锰铁锂、高镍去钴三元材料以及富锂锰基为主要正极研究材料。但在充放电循环使用过程中,液态锂离子电池(LIB)的锰基正极活性材料会发生明显的容量衰减。从正极处脱离的Mn离子通过电解质溶液迁移到负极,然后沉积在负极上。附着在负极上的锰离子会破坏固体电解质界面(SEI),造成LIB中的负极钝化、增加电池阻抗以及电解液中锂离子的消耗。同时,Mn的不可逆损失还破坏了正极活性材料的结构完整性。
近年来提出了几种延缓锂离子电池性能衰减的方法:(1)锰离子阻挡层;(2)正极材料涂抹保护层;(3)电解液添加钝化剂;(4)正极锰元素替代法等。然而,事实证明,以上方法均不能100%有效。
在隔膜领域中,最擅长应用的方案是将螯合剂成分直接混合入浆料体系内,并通过涂布工艺制备重金属捕获的功能性隔膜。例如,公开号为CN110323393A的中国发明专利申请,公开了一种具有锰离子吸附能力的锂电池隔膜用涂层浆料,由锰离子螯合剂与水混合,然后加入无机氧化物、粘结剂、分散剂制备而成;粘结剂、无机氧化物、分散剂和螯合剂的质量比为100:(5-20):(1-10):(4-8);所述锰离子螯合剂为柠檬酸钠、乙二胺四乙酸二钠(ETDA)、氨三乙酸三钠(NTA)和二羧酸中的一种。该技术方案通过锰离子螯合剂溶于水中,与粘结剂、分散剂、无机氧化物制成涂层浆料,涂布于锂离子电池隔膜表面所形成涂层可以有效的吸收电解液中溶解的锰离子,从而实现锂离子电池隔膜的锰离子吸附能力。但在电解液体系中,涂层内的螯合剂并非通过化学键的形式与其他成分牢牢锁定,存在逸散和污染电解液的风险。
发明内容
本申请的目的是提供一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用,解决现有隔膜涂层中螯合剂存在逸散和污染电解液的风险的问题。
为实现上述目的,本申请实施例采用以下技术方案:一种重金属捕获隔膜,包括:基膜,所述基膜为多孔薄膜;涂层,所述涂层设置在所述基膜的至少一侧表面上,所述涂层包括MA/AA/Li-改性陶瓷、增稠剂和粘结剂。
在上述技术方案中,本申请实施例通过添加表面修饰丙烯酸马来酸锂的改性陶瓷(即MA/AA/Li-改性陶瓷),其中的MA/AA赋予涂层捕获从正极活性材料中逸散的Mn离子的能力,且由于修饰基MA/AA与陶瓷通过化学键的形式牢牢锁定,所以不存在逸散和污染电解液的风险。同时,陶瓷上的羧酸锂(陶瓷表面的羧基与氢氧化锂结合)不仅可作为额外的锂源来弥补循环过程中损失的锂离子,还可捕获电解液中的H离子,抑制Mn离子从正极材料中的逸散。
进一步地,根据本申请实施例,其中,多孔薄膜为聚烯烃薄膜。
进一步地,根据本申请实施例,其中,增稠剂的添加量为所述MA/AA/Li-改性陶瓷的0.1-10wt%。
进一步地,根据本申请实施例,其中,粘结剂的添加量为所述MA/AA/Li-改性陶瓷的0.5-10wt%。
进一步地,根据本申请实施例,其中,MA/AA/Li-改性陶瓷采用以下方法制备而成:
在偶联剂的作用下,在陶瓷表面接枝丙烯酸马来酸共聚物,得到MA/AA-改性陶瓷;
所述MA/AA-改性陶瓷在LiOH的活化作用下,得到所述MA/AA/Li-改性陶瓷。
进一步地,根据本申请实施例,其中,陶瓷采用氧化铝、二氧化硅、氧化钛、勃姆石、氢氧化铝、硅溶胶、钛溶胶、铝溶胶中的一种或多种。
进一步地,根据本申请实施例,其中,陶瓷的粒径范围为0.01-2µm。
进一步地,根据本申请实施例,其中,偶联剂的添加量为陶瓷的0.1-10wt%。
进一步地,根据本申请实施例,其中,丙烯酸马来酸共聚物与陶瓷的质量比为0.1-2:1。
进一步地,根据本申请实施例,其中,LiOH与MA/AA-改性陶瓷的质量比为0.005-0.5:1。
为了实现上述目的,本申请实施例还公开了一种重金属捕获隔膜的制备方法,包括以下步骤:
制备涂层浆料,所述涂层浆料中的固体含量为1-30wt%,所述MA/AA/Li-改性陶瓷占所述固体的80-98.5wt%;
将所述涂层浆料涂覆到所述基膜上,经过固化、干燥,得到所述重金属捕获隔膜。
进一步地,根据本申请实施例,其中,涂覆的方式为凹版涂布、刮涂涂布、网纹辊涂布中的一种。
为了实现上述目的,本申请实施例还公开了一种重金属捕获隔膜在锂电池上的应用。
与现有技术相比,本申请具有以下有益效果:本申请通过添加表面修饰丙烯酸马来酸锂的改性陶瓷(即MA/AA/Li-改性陶瓷),其中的MA/AA赋予涂层捕获从正极活性材料中逸散的Mn离子的能力,且由于修饰基MA/AA与陶瓷通过化学键的形式牢牢锁定,所以不存在逸散和污染电解液的风险。同时,陶瓷上的羧酸锂不仅可作为额外的锂源来弥补循环过程中损失的锂离子,还可捕获电解液中的H离子,抑制Mn离子从正极材料中的逸散。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述,及优点更加清楚明白,以下对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,仅仅用以解释本发明实施例,并不用于限定本发明实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
出于简明和说明的目的,实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中,很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是,对于本领域普通技术人员,这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中,没有详细地描述公知方法和结构,以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外,所有实施例可以互相结合使用。
本申请公开了一种重金属捕获隔膜,包括基膜和涂层,涂层设置在基膜的至少一侧表面。其中,基膜为多孔薄膜,具体采用聚烯烃薄膜。
具体的,上述的涂层包括MA/AA/Li-改性陶瓷、增稠剂和粘结剂。其中,MA/AA/Li-改性陶瓷采用以下方法制备而成:
将陶瓷与乙醇、去离子水混合,超声分散,加入LiOH调节pH至9-10,搅拌均匀,形成陶瓷分散液;
将偶联剂加入陶瓷分散液中,升温至50-70℃,反应2~5h,通过抽滤、乙醇溶液洗涤、干燥,得到偶联剂改性陶瓷;
将丙烯酸马来酸共聚物(MA/AA)和偶联剂改性陶瓷加入到去离子水中,添加引发剂过硫酸钾溶液,70-90℃搅拌反应5-10h,得到MA/AA-改性陶瓷分散液,再通过抽滤、去离子水洗涤和干燥,得到MA/AA-改性陶瓷;
将干燥的MA/AA-改性陶瓷加入到溶剂中,搅拌、超声分散,添加LiOH调节pH至7-11,得到表面修饰丙烯酸马来酸锂的改性陶瓷(MA/AA/Li-改性陶瓷)分散液。
在上述技术方案中,本申请通过原位聚合方式制备的丙烯酸马来酸锂修饰改性陶瓷(即MA/AA/Li-改性陶瓷),在电池充放电循环过程中,不仅可有效地捕获从正极活性材料中逸散的Mn离子;同时陶瓷上的羧酸锂不仅可作为额外的锂源来弥补循环过程中损失的锂离子,还可捕获电解液中的H离子,抑制Mn离子从正极材料中的逸散。另外,修饰基MA/AA与陶瓷通过化学键的形式牢牢锁定,所以不存在逸散和污染电解液的风险。优选的,在制得的MA/AA/Li-改性陶瓷中,修饰基MA/AA/Li占陶瓷的0.01-10wt%。
进一步的,陶瓷采用氧化铝、二氧化硅、氧化钛、勃姆石、氢氧化铝、硅溶胶、钛溶胶、铝溶胶中的一种或多种,粒径为0.01-2µm。偶联剂采用硅烷偶联剂、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)中的一种或多种,添加量为陶瓷的0.1-10wt%。
丙烯酸马来酸共聚物与陶瓷的质量比为0.1-2:1。丙烯酸马来酸共聚物使用量低于陶瓷10wt%时,陶瓷表面接枝丙烯酸马来酸共聚物较少;但使用量高于陶瓷2倍时,因丙烯酸马来酸共聚物接枝量较大导致粘度增加,不利于陶瓷的分散。过硫酸钾使用量为陶瓷的0.1-10wt%。
LiOH与MA/AA-改性陶瓷的质量比为0.005-0.5:1。LiOH低于MA/AA-改性陶瓷0.5wt%时,丙烯酸马来酸共聚物锂盐形成率较低,太高时,氢氧化锂富余较多,碱性过强,影响体系平衡,且腐蚀性较强。
其次,增稠剂为羧甲基纤维素(CMC)、羧乙基纤维素、瓜尔胶、聚氧化乙烯、松油醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚氨酯中的一种或多种,添加量为所述MA/AA/Li-改性陶瓷的0.1-10wt%。粘结剂为聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、聚氨酯中的一种或多种,添加量为所述MA/AA/Li-改性陶瓷的0.5-10wt%。
本申请还公开了一种重金属捕获隔膜的制备方法,包括以下步骤:
将增稠剂、粘结剂添加到上述的MA/AA/Li-改性陶瓷分散液中,制得涂层浆料,涂层浆料中的固体含量为1-30wt%,MA/AA/Li-改性陶瓷占固体的80-98.5wt%;
将涂层浆料涂覆到所述基膜上,经过固化、干燥,得到重金属捕获隔膜;涂覆的方式为凹版涂布、刮涂涂布、网纹辊涂布中的一种。
下面通过列举实施例及对比例对本申请的技术方案进行进一步的说明,但本申请并不限于这些实施例。
【实施例1】
步骤1:将40g粒径400nm的纳米二氧化硅与400ml乙醇、200g去离子水混合,超声分散,滴加1mol/L的LiOH溶液调节pH至9,搅拌0.5h,形成二氧化硅分散液。
步骤2:将1g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和1g的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)加入二氧化硅分散液中,升温至60℃,充分反应3h,得到偶联剂改性二氧化硅分散液。通过抽滤、乙醇溶液洗涤、干燥,得到偶联剂改性二氧化硅。
步骤3:将20g固含量为50%的丙烯酸马来酸共聚物(MA/AA)和21g偶联剂改性二氧化硅加入到110g去离子水中,添加4g固含量为10%的过硫酸钾溶液,80℃搅拌反应8h,得到MA/AA-二氧化硅分散液,再通过抽滤、去离子水洗涤和干燥。
步骤4:将干燥的20gMA/AA-二氧化硅陶瓷加入到100g去离子水中,并进行充分搅拌0.5h,再加入添加0.4g LiOH,搅拌20min,得到MA/AA/Li-二氧化硅分散液。
步骤5:将0.5g羧甲基纤维素(CMC)加入到MA/AA/Li-二氧化硅分散液,常温下搅拌20min,再加入1.0g聚丙烯酸酯(ACM),常温下搅拌0.5h,得到涂层浆料。
步骤6:将涂层浆料涂覆到7μm聚乙烯隔膜上,经过固化、干燥,得到重金属捕获隔膜。
【实施例2】
本实施例与实施例1的不同之处在于将步骤4中的LiOH减少到0.1g,其他与实施例1一致。
【实施例3】
本实施例与实施例1的不同之处在于将步骤4中的LiOH增加到0.6g,其他与实施例1一致。
【实施例4】
本实施例与实施例1的不同之处在于将步骤3中丙烯酸马来酸共聚物(MA/AA)增加到40g,步骤4中LiOH增加到0.8g,其他与实施例1一致。
【对比例1】
步骤1:将20g粒径400nm的纳米二氧化硅到100g 去离子水中,并进行充分搅拌0.5h,得到二氧化硅分散液。
步骤2:将0.5g羧甲基纤维素(CMC)加入到二氧化硅分散液,常温下搅拌20min,再加入1.0g聚丙烯酸酯(ACM),常温下搅拌0.5h,得到涂层浆料。
步骤3:将涂层浆料涂覆到7μm聚乙烯隔膜上,经过固化、干燥,得到二氧化硅陶瓷涂覆隔膜。
【对比例2】
步骤1:将40g粒径400nm的纳米二氧化硅与400ml乙醇、200g去离子水混合,超声分散,滴加1mol/L的LiOH溶液调节pH至9,搅拌0.5h,形成二氧化硅分散液;
步骤2:将1g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和1g的γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)加入二氧化硅分散液中,升温至60℃,充分反应3h,得到偶联剂改性二氧化硅分散液。通过抽滤、乙醇溶液洗涤、干燥,得到偶联剂改性二氧化硅。
步骤3:将10g聚乙烯马来酸共聚物和21g偶联剂改性二氧化硅加入到110g去离子水中,添加4g固含量为10%的过硫酸钾溶液,80℃搅拌反应8h,得到聚乙烯马来酸共聚物-二氧化硅分散液,再通过抽滤、去离子水洗涤和干燥。
步骤4:将干燥的20g聚乙烯马来酸共聚物-二氧化硅陶瓷加入到100g去离子水中,并进行充分搅拌0.5h,再加入添加0.4g LiOH,搅拌20min,得到聚乙烯马来酸共聚物Li盐-二氧化硅分散液。
步骤5:将0.5g羧甲基纤维素(CMC)加入到二氧化硅分散液,常温下搅拌20min,再加入1.0g聚丙烯酸酯(ACM),常温下搅拌0.5h,得到涂层浆料。
步骤6:将涂层浆料涂覆到7μm聚乙烯隔膜上,经过固化、干燥,得到重金属捕获隔膜。
【对比例3】
步骤1:将20g粒径400nm的纳米二氧化硅到100g 去离子水中,并进行充分搅拌0.5h,得到二氧化硅分散液。
步骤2:将2g聚乙烯马来酸酐共聚物锂盐和0.5g羧甲基纤维素(CMC)加入到二氧化硅分散液,常温下搅拌60min,再加入1.0g聚丙烯酸酯(ACM),常温下搅拌0.5h,得到涂层浆料。
步骤3:将涂层浆料涂覆到7μm聚乙烯隔膜上,经过固化、干燥,得到含有聚乙烯马来酸酐共聚物锂盐螯合剂的二氧化硅陶瓷涂覆隔膜。
【热收缩对比】
下面通过试热收缩率来比较实施例1-4及对比例1-3之间的耐高温性能。具体地,收缩率的测试方法如下:测量方法:取实验例1-4与对比例1-3的复合隔膜进行热收缩测试,样品大小100mm×100mm(MD×TD),MD为隔膜纵向,TD为隔膜横向。热收缩测试温度:130℃/1h。在MD和TD方向上的热收缩率测试结果示于表1。
表1
在表1中,实施例4的收缩率<实施例1-3<对比例2<对比例1<对比例3,说明改性陶瓷更易在涂层中分散,耐热性提高。陶瓷上嫁接丙烯酸马来酸共聚物的量越多,改性陶瓷在水体中分散越均匀。
【吸液率和离子电导率对比】
下面比较实施例1-4及对比例1-3吸液率差异。具体地,吸液率的测试方法如下:测量方法:取实验例1-4与对比例1-3的复合隔膜进行隔膜电解液吸收测试,样品大小50mm×100mm,称重M0,浸泡电解液中24h后称重M1,吸液率=(M1-M0)/M0*100%,电解液组成为EC:PC:EMC:EP=1:1:1:1。结果见表2。
同时,比较实施例1-4及对比例1-3离子电导率差异。离子电导率的测试方法如下:常温25℃下,纽扣电池,频率0-100000Hz,扰动电压5mV下测试,离子电导单位σ/mS·cm-1。结果见表2。
表2
如表2所示,实施例1-4吸液率及离子电导优于对比例1-3。其中,实施例4在吸液率和离子电导率方面表现最优,可能该改性陶瓷具有最为丰富的MA/AA/Li基团。
【循环性能对比】
使用上述实施例1-4和对比例1-3的复合隔膜与三元正极极片、石墨负极极片采用卷绕工艺,制成软包装锂离子电池,进行放电倍率测试。
放电倍率测试:将锂离子电池分别以0.5C的电流,恒流恒压充至4.35V,再恒压充电至电流下降为0.05C截止,然后分别以0.2C、1.0C、2.0C的电流放电至3.0V,记录不同放电倍率下的放电容量。以0.2C下的放电容量为100%,计算相应的电池容量保持率,结果见表3。
表3
在表3中,对比例3表现出极差的电池容量保持率,可能归因于混合在涂层内部的聚乙烯马来酸酐共聚物锂盐螯合剂在电池充放电过程中逸散到电解液中,破坏了电解液体系稳定性。
【负极活性材料中的杂质分析】
使用上述实施例1-4和对比例1-3的复合隔膜与三元正极极片、石墨负极极片采用卷绕工艺,制成软包装锂离子电池,进行充放电循环测试。测试条件:在30℃条件下,以0.2C的倍率进行100次充放电循环。
取实施例1~4和对比例1中负极材料,将定量负极活性材料使用王水进行消解和定容,并用ICP仪器检测消解溶液中的Mn含量。其中,以对比例1中负极活性材料的锰含量为100%记录,计算相应的负极活性材料的Mn富集率,结果见表4。
表4
实施例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 |
单位质量负极活性材料中Mn元素的含量 μg/g | 41.2 | 87.2 | 39.6 | 26.7 | 280.3 | 112.3 | 195.2 |
负极活性材料的Mn富集率 | 14.7% | 34.1% | 14.1% | 9.5% | 100.0% | 40.1% | 69.6% |
如表4所示,实施例1-4中的Mn富集率都远低于对比例2-3,这是由于实施例1-4中陶瓷表面的修饰基MA/AA/Li牢牢嫁接在陶瓷上,不易脱落逸散,可有效地捕获从正极活性材料中逸散的Mn离子。而虽然对比例2中在陶瓷表面嫁接了聚乙烯马来酸共聚物,对比例3添加了聚乙烯马来酸酐共聚物锂盐螯合剂,但两者与涂层中其他成分的结合牢固程度都远低于实施例1-4,在充放电过程中容易流失,导致其Mn离子捕获能力也远低于实施例1-4,即体现在对比例2-3中的负极活性材料的Mn富集率均较高。
尽管上面对本申请说明性的具体实施方式进行了描述,以便于本技术领域的技术人员能够理解本申请,但是本申请不仅限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员而言,只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本申请精神和范围内,一切利用本申请构思的申请创造均在保护之列。
Claims (12)
1.一种重金属捕获隔膜,其特征在于,包括:
基膜,所述基膜为多孔薄膜;
涂层,所述涂层设置在所述基膜的至少一侧表面上,所述涂层包括MA/AA/Li-改性陶瓷、增稠剂和粘结剂;
所述MA/AA/Li-改性陶瓷采用以下方法制备而成:
在偶联剂的作用下,在陶瓷表面接枝丙烯酸马来酸共聚物,得到MA/AA-改性陶瓷;
所述MA/AA-改性陶瓷在LiOH的活化作用下,得到所述MA/AA/Li-改性陶瓷;
在制得的MA/AA/Li-改性陶瓷中,修饰基MA/AA/Li占陶瓷的0.01-10wt%。
2.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜,其特征在于,所述多孔薄膜为聚烯烃薄膜。
3.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜,其特征在于,所述增稠剂的添加量为所述MA/AA/Li-改性陶瓷的0.1-10wt%。
4.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜,其特征在于,所述粘结剂的添加量为所述MA/AA/Li-改性陶瓷的0.5-10wt%。
5.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜,其特征在于,所述陶瓷采用氧化铝、二氧化硅、氧化钛、勃姆石、氢氧化铝、硅溶胶、钛溶胶、铝溶胶中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜,其特征在于,所述陶瓷的粒径范围为0.01-2μm。
7.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜,其特征在于,所述偶联剂的添加量为所述陶瓷的0.1-10wt%。
8.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜,其特征在于,所述丙烯酸马来酸共聚物与所述陶瓷的质量比为0.1-2:1。
9.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜,其特征在于,所述LiOH与所述MA/AA-改性陶瓷的质量比为0.005-0.5:1。
10.一种如权利要求1所述的重金属捕获隔膜的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
制备涂层浆料,所述涂层浆料中的固体含量为1-30wt%,所述MA/AA/Li-改性陶瓷占所述固体的80-98.5wt%;
将所述涂层浆料涂覆到所述基膜上,经过固化、干燥,得到所述重金属捕获隔膜。
11.根据权利要求10所述的一种重金属捕获隔膜的制备方法,其特征在于,所述涂覆的方式为凹版涂布、刮涂涂布、网纹辊涂布。
12.一种如权利要求1-9中的任一项所述的重金属捕获隔膜或者如权利要求10-11中的任一项所述的重金属捕获隔膜的制备方法制得的重金属捕获隔膜在锂电池上的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211163471.5A CN115241603B (zh) | 2022-09-23 | 2022-09-23 | 一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211163471.5A CN115241603B (zh) | 2022-09-23 | 2022-09-23 | 一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115241603A CN115241603A (zh) | 2022-10-25 |
CN115241603B true CN115241603B (zh) | 2023-01-31 |
Family
ID=83667134
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211163471.5A Active CN115241603B (zh) | 2022-09-23 | 2022-09-23 | 一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115241603B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140082287A (ko) * | 2012-12-24 | 2014-07-02 | 뉴로엘리싯 주식회사 | 이차전지용 유무기 다공성분리막의 제조방법 및 이로부터 제조된 유무기 다공성분리막 |
CN109119628A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-01 | 中南大学 | 一种共掺杂改性的高镍三元材料及制备方法 |
CN109411675A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-01 | 安徽新衡新材料科技有限公司 | 一种镍钴锰/镍钴铝酸锂电池及其用功能性隔膜和该隔膜的生产工艺 |
CN111525078A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-11 | 江苏厚生新能源科技有限公司 | 具备捕捉杂质离子的陶瓷浆料的制备方法及具备捕捉杂质离子隔膜的制备方法 |
CN115000627A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-02 | 岳阳耀宁新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池隔膜涂层及其应用 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104521028B (zh) * | 2012-08-07 | 2018-07-03 | 赛尔格有限责任公司 | 用于锂离子电池的改进的隔膜和相关方法 |
CN103811702B (zh) * | 2014-02-12 | 2016-02-10 | 佛山市金辉高科光电材料有限公司 | 一种新型陶瓷涂层聚烯烃复合膜及其制备方法 |
US11387520B2 (en) * | 2016-10-10 | 2022-07-12 | Temple University-Of The Commonwealth System Of Higher Education | Silanated silica-ceramic materials, and methods of making and using the same |
CN108305972B (zh) * | 2017-12-29 | 2021-08-17 | 深圳中兴新材技术股份有限公司 | 一种陶瓷涂层隔膜及制备方法和应用 |
US20210226247A1 (en) * | 2019-11-15 | 2021-07-22 | North Carolina State University | Composite solid electrolytes for high-performance metallic or metal-ion batteries |
JP2021103681A (ja) * | 2019-12-09 | 2021-07-15 | 財團法人工業技術研究院Industrial Technology Research Institute | 正極材料、これを用いる正極および電池 |
CN114696036B (zh) * | 2022-06-02 | 2022-09-06 | 宁德卓高新材料科技有限公司 | 一种过渡金属捕获隔膜及其制备方法及应用 |
-
2022
- 2022-09-23 CN CN202211163471.5A patent/CN115241603B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20140082287A (ko) * | 2012-12-24 | 2014-07-02 | 뉴로엘리싯 주식회사 | 이차전지용 유무기 다공성분리막의 제조방법 및 이로부터 제조된 유무기 다공성분리막 |
CN109119628A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-01 | 中南大学 | 一种共掺杂改性的高镍三元材料及制备方法 |
CN109411675A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-01 | 安徽新衡新材料科技有限公司 | 一种镍钴锰/镍钴铝酸锂电池及其用功能性隔膜和该隔膜的生产工艺 |
CN111525078A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-11 | 江苏厚生新能源科技有限公司 | 具备捕捉杂质离子的陶瓷浆料的制备方法及具备捕捉杂质离子隔膜的制备方法 |
CN115000627A (zh) * | 2022-06-17 | 2022-09-02 | 岳阳耀宁新能源科技有限公司 | 一种锂离子电池隔膜涂层及其应用 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
马来酸—丙烯酸共聚物络合—超滤处理重金属废水;毛廉君;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20140531;B027-503 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115241603A (zh) | 2022-10-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109935837B (zh) | 一种锂离子电池用涂碳铝箔 | |
CN102888016B (zh) | 具有交联结构复合层的锂离子二次电池隔膜的制备方法 | |
CN110911612B (zh) | 一种基于醋酸纤维素的交联复合型锂离子电池隔膜及其制备方法与应用 | |
CN111525185A (zh) | 一种柔性锌离子电池聚合物电解质及其制备和应用 | |
CN109301248A (zh) | 电池负极片及其制备方法和锂离子电池 | |
CN115275514B (zh) | 电池隔膜及其制备方法和电池 | |
CN107546391A (zh) | 聚多巴胺及石墨烯复合涂层 | |
CN109088031A (zh) | 陶瓷涂覆隔膜浆料、陶瓷复合隔膜及其制备方法和应用 | |
CN113451703B (zh) | 高离子导通性复合凝胶聚合物隔膜及其制备方法 | |
CN114039167A (zh) | 一种多孔性锂离子电池隔膜及制备方法和锂离子电池 | |
CN105047984B (zh) | 一种抑制聚硫离子穿梭的高锂离子传导锂硫电池 | |
CN113903896B (zh) | 一种二次颗粒硬碳复合材料及其制备方法和应用 | |
CN113764823A (zh) | 高性能梯度复合凝胶聚合物隔膜及其制备方法 | |
CN108565409B (zh) | 磷酸铁锂复合材料及制备方法 | |
CN114039166A (zh) | 一种锂离子电池用隔膜及制备方法和锂离子电池 | |
CN115241603B (zh) | 一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用 | |
CN113540697B (zh) | 一种复合隔膜及其制备方法 | |
CN113471436B (zh) | 原位包覆硅碳负极材料和其制备方法及其锂离子电池 | |
CN111430685B (zh) | 改性磷酸铁锂材料及其制备方法和应用 | |
CN107425184A (zh) | 一种硅‑多孔碳电极材料及其制备方法和应用 | |
CN114400297A (zh) | 一种含气凝胶涂层的锂离子电池复合极片及其制备方法 | |
CN111682267B (zh) | 柔性锂离子电池及其制备方法 | |
CN112018304B (zh) | 一种锂硫电池用涂层隔膜、制备方法及锂硫电池 | |
CN113422152A (zh) | 改性隔膜及其制备方法、应用和锂离子电池 | |
CN114122384B (zh) | 正极及其用途 |
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 |