CN218849709U - 电池复合隔膜及电池 - Google Patents

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何向明
盛丽
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Beijing Huaruixin Dynamic Power Technology Development Co ltd
Tsinghua University
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Abstract

本实用新型实施例提供一种电池复合隔膜及电池，通过在隔膜膜体上附着金属有机框架材料层，一方面，当将所述电池复合隔膜组装成电池时，所述电池复合隔膜能够吸附电池中的水、酸等杂质，进而提升电池循环稳定性；另一方面，电池复合隔膜能够降低电池组装过程中对水的严格控制条件，可以实现外部环境中直接组装电池从而简化装配工业，有效降低成本。

Description

电池复合隔膜及电池
技术领域
本实用新型实施例涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池复合隔膜及电池。
背景技术
电池的电解液非常容易吸收空气中的水蒸气，从而分解产生酸性物质，会导致电池循环性能的不断衰减。因此，锂电池装配一般都需要在很干燥的环境中，比如干燥间或是手套箱。
然而，电解液中难以绝对消除的极痕量的水和氟化氢，目前电池中存在的痕量的水和酸对电池性能，尤其是高镍正极的电池性能衰减有很大影响，另外，在电池组装过程，包括电解液配置过程中要严格控制水需要花费很大的成本。
因此，如何控制电池含水量以提升电池循环性能，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型实施例解决的技术问题是如何控制电池含水量以提升电池循环性能。
为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种电池复合隔膜，包括隔膜膜体和金属有机框架材料层，所述金属有机框架材料层附着于所述隔膜膜体的至少一侧表面，所述金属有机框架材料层的厚度范围是15μm～75μm，所述电池复合隔膜的吸水量小于等于800ppm。
可选的，所述金属有机框架材料层粘接于所述隔膜膜体。
可选的，所述金属有机框架材料层的比表面积大于等于900m2/g。优选的，所述金属有机框架材料层的比表面积大于等于2400m2/g。
可选的，所述金属有机框架材料层为多孔结构，孔径范围是0.92nm～3.5nm。
可选的，所述金属有机框架材料层的材质选自HKUST-1、MOF-801、MIL-101、MOF-303、UiO-66中的至少一者。
可选的，所述隔膜膜体为聚烯烃膜、玻璃纤维膜、电纺聚酰亚胺膜中的任意一种。
可选的，所述电池复合隔膜的吸酸量小于等于1107ppm。
本实用新型实施例所提供的电池复合隔膜，通过在隔膜膜体上附着一层金属有机框架材料层，当将所述电池复合隔膜组装成电池时，所述电池复合隔膜的金属有机框架材料层能够吸附电池中的水、酸等杂质，因金属有机框架材料层的厚度范围是15μm～75μm，既能保证吸附效果，又能避免因隔膜过厚影响电池性能，进而提升电池循环稳定性；另一方面，电池复合隔膜能够降低电池组装过程中对水的严格控制条件，可以实现外部环境中直接组装电池从而简化装配工业，有效降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例所提供的一种电池复合隔膜的结构示意图；
图2是本实用新型另一实施例所提供的电池复合隔膜的结构示意图。
其中：1-隔膜膜体；2-金属有机框架材料层。
具体实施方式
由背景技术可知，目前电池中存在的痕量的水和酸对电池循环性能有很大影响。
请参考图1和图2，图1是本实用新型实施例所提供的一种电池复合隔膜的结构示意图；图2是本实用新型实施例所提供的另一种电池复合隔膜的结构示意图。
参考图1和图2，为解决上述问题，本实用新型实施例提供一种电池复合隔膜，包括隔膜膜体1和金属有机框架材料层2，所述金属有机框架材料层2附着于所述隔膜膜体1的至少一侧表面，所述金属有机框架材料层2的厚度范围是15μm～75μm，所述电池复合隔膜的吸水量小于等于800ppm。
需要说明的是，所述电池复合隔膜的吸水量小于等于800ppm，指的是当本申请的电池复合隔膜组装成电池后，当电解液中水含量高达800ppm时，电池仍然能够稳定循环。市面购买的电解液一般控制水含量：<20-30ppm，因此，本申请的电池复合隔膜能够有效吸附电解液中的水，且够降低电池组装过程中对水的严格控制条件，可以实现外部环境中直接组装电池从而简化装配工业，有效降低成本。
所述电池复合隔膜还具备吸酸性能，电池复合隔膜的吸酸量高达1107ppm。即当将本申请的电池复合隔膜组装成电池后，当电解液中酸含量(HF等酸性物质)高达1107ppm时，电池仍然能够稳定循环。
需要说明的是，所述金属有机框架材料层附着于所述隔膜膜体的至少一侧表面，指的是沿隔膜膜体的厚度方向上，所述金属有机框架材料层可以附着于隔膜膜体的一侧表面(图1所示)或者两侧表面(图2所示)。
具体地，所述金属有机框架材料层2的厚度不能过厚，也不能过薄，如果金属有机框架材料层的厚度过薄，吸水性能不佳，如果金属有机框架材料层的厚度过厚，也会对电池性能造成影响，因此，金属有机框架材料层的厚度范围是15μm～75μm，具体地，可以是45μm，50μm，55μm，60μm，70μm，80μm，90μm等。
为了提高金属有机框架材料层2附着于隔膜膜体的稳定性，且降低工艺复杂程度，在一种具体实施例中，所述金属有机框架材料层2可以通过粘结剂粘接于所述隔膜膜体1，粘结剂可以选自PVDF、PTFE中的至少一者。在其他实施例中，金属有机框架材料层也可以通过其他方式附着于所述隔膜膜体，例如，偶联剂接枝、化学交联等。
隔膜膜体用于承载有机框架材料层，以提升电池复合隔膜的强度。所述隔膜膜体可以为聚烯烃膜、玻璃纤维膜、电纺聚酰亚胺膜中的任意一种。
在一种实施例中，可以选用比表面积>900m2/g的金属有机框架材料。进一步地，为了提高隔膜吸附水分和酸性物质的速度，可以选用比表面积>2400m2/g的金属有机框架材料。其中，比表面积采用BET测试方法，测试条件为80℃脱气12h，N2气氛77K下测试。
本领域技术人员容易理解的是，金属有机框架材料(MOFs)为多孔材料，因而具备很好的吸附性能。在一种实施例中，可以选用孔径范围在0.92nm～3.5nm范围内的金属有机框架材料的。金属有机框架材料的孔径根据比表面积，采用Tikhonov regularization拟合方法计算得到。
为了提高电池复合隔膜的吸水吸酸性能，在一种具体实施例中，所述金属有机框架材料层2的材质可以是MIL-101。以MIL-101(Cr)为例，MIL-101(Cr)的比表面积高达2400m2/g，如此高的比表面积可以快速吸附水分和酸性物质，且具有2种孔径尺寸不同的孔，可以储存大量水，从而提高复合隔膜的吸水吸酸性能。在其他实施例中，金属有机框架材料层的材质还可以选自HKUST-1、MOF-801、MOF-303、UiO-66中的至少一者。
为了阐释获得电池复合隔膜的过程，附上一个制备电池复合隔膜的制备方法示例。需要特别说明的是，本申请提供的制备方法仅作为示例，并不能理解为对本申请的限定。
在一个示例中，电池复合隔膜的制备方法可以包括如下步骤：
(1)将金属有机共价材料和粘结剂混合制得浆料；
(2)将浆料倒在商业化聚烯烃隔膜上，用刮刀刮涂；
(3)将刮涂后的膜进行干燥处理，得到电池复合隔膜。
本实用新型实施例所提供的电池复合隔膜，通过在隔膜膜体上附着一层金属有机框架材料层，当将所述电池复合隔膜组装成电池时，所述电池复合隔膜的金属有机框架材料层能够吸附电池中的水、酸等杂质，因金属有机框架材料层的厚度范围是15μm～75μm，既能保证吸附效果，又能避免因隔膜过厚影响电池性能，进而提升电池循环稳定性；另一方面，电池复合隔膜能够降低电池组装过程中对水的严格控制条件，可以实现外部环境中直接组装电池从而简化装配工业，有效降低成本。
为解决上述问题，本实用新型实施例还提供一种电池，包括前述的电池复合隔膜。
电池的正极材料可以选用钴酸锂，锰酸锂，镍酸锂，镍钴锰三元材料，富锂层状材料中的至少一者。
电池的负极材料可以选用石墨，金属锂，硅碳，磷碳，硅，磷中的至少一者。
本实用新型实施例所提供的电池，因包含前述电池复合隔膜，由于在隔膜膜体上附着有多孔结构的金属有机框架材料层，当将所述电池复合隔膜组装成电池时，所述电池复合隔膜的金属有机框架材料层能够吸附电解液中的水、酸等杂质，因金属有机框架材料层的厚度范围是15μm～75μm，既能保证吸附效果，又能避免因隔膜过厚影响电池性能，进而提升电池循环稳定性；另一方面，电池复合隔膜能够降低电池组装过程中对水的严格控制条件，可以实现外部环境中直接组装电池从而简化装配工业，有效降低成本。
虽然本实用新型实施例披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (9)

1.一种电池复合隔膜，其特征在于，包括隔膜膜体和金属有机框架材料层，所述金属有机框架材料层附着于所述隔膜膜体的至少一侧表面，所述金属有机框架材料层的厚度范围是15μm～75μm，所述电池复合隔膜的吸水量小于等于800ppm。
2.如权利要求1所述的电池复合隔膜，其特征在于，所述金属有机框架材料层粘接于所述隔膜膜体。
3.如权利要求1所述的电池复合隔膜，其特征在于，所述金属有机框架材料层的比表面积大于等于900m2/g。
4.如权利要求3所述的电池复合隔膜，其特征在于，所述金属有机框架材料层的比表面积大于等于2400m2/g。
5.如权利要求3所述的电池复合隔膜，其特征在于，所述金属有机框架材料层为多孔结构，孔径范围是0.92nm～3.5nm。
6.如权利要求1所述的电池复合隔膜，其特征在于，所述金属有机框架材料层的材质选自HKUST-1、MOF-801、MIL-101、MOF-303、UiO-66中的一者。
7.如权利要求1-6任一项所述的电池复合隔膜，其特征在于，所述隔膜膜体为聚烯烃膜、玻璃纤维膜、电纺聚酰亚胺膜中的任意一种。
8.如权利要求1-6任一项所述的电池复合隔膜，其特征在于，所述电池复合隔膜的吸酸量小于等于1107ppm。
9.一种电池，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电池复合隔膜。
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