聚合物保护膜、金属锂负极片、锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种聚合物保护膜、金属锂负极片、锂离子电池。所述金属锂负极片的表面涂覆包含聚合物离子液体的聚合物保护膜，当用于锂二次电池中时，能够有效减缓甚至抑制锂枝晶的生长，提高锂二次电池的首次充放电库仑效率，显著改善锂二次电池的循环稳定性能和安全性能。

Polymer protective film, lithium metal anode film and lithium secondary battery two

The invention provides a polymer protective film, a lithium metal anode film and a lithium ion battery. Polymer film coated on the surface of the lithium metal anode plate containing ionic liquid polymer, lithium secondary battery in two when used, can effectively reduce or even prevent dendritic growth of lithium, lithium battery two times increase the first coulombic efficiency, cycle stability and safety and improve the performance of lithium battery two.

【技术实现步骤摘要】
聚合物保护膜、金属锂负极片、锂二次电池
本专利技术涉及锂二次电池领域，更具体地说，本专利技术涉及一种聚合物保护膜、金属锂负极片、锂二次电池。
技术介绍
目前，锂离子电池已广泛应用于手机、笔记本、相机等电子产品。目前，商业化锂离子电池主要以石墨为负极材料，但其容量发挥已经接近石墨理论值(372mAh/g)，很难通过对石墨进行处理而高幅度提升锂离子电池的容量。而金属锂的理论比容量高达3860mAh/g，电极电位低至-3.04V(vs.H2/H+)，因此发展以金属锂作为负极的锂二次电池再次引起科研工作者的关注。然而，限制锂二次电池进一步发展的障碍主要有两个方面：(1)是锂二次电池在循环过程中容易产生锂枝晶，导致电池易出现短路；(2)是锂枝晶表面积大、活性高，易与电解液剧烈反应，导致金属锂表面SEI膜持续重组，消耗电解液和活性锂，也导致循环效率降低，缩短电池循环寿命。因此，如何有效改善金属锂电极表面性质、抑制锂枝晶的生成是进一步发展锂二次电池需要解决的重点问题。目前，诸多研究集中于向电解液中加入功能添加剂，如碳酸亚乙烯酯(简称为VC)、氟代碳酸乙烯酯(简称为FEC)、2-甲基呋喃(简称2Me-F)、以及一些碱金属阳离子等。利用上述添加剂与金属锂发生吸附、分解、聚合等过程而形成新保护膜增强金属锂表面的SEI膜、改善锂二次电池的循环性能。但存在的问题是，这些原位形成的保护膜机械强度较弱且覆盖金属锂不完全，不能完全阻止锂沉积/溶出过程中由于锂金属形貌变化而引起的SEI膜剧烈、持续重组。锂枝晶的生成及随即引发的诸多问题并未得到实质性的解决。因此，探索和发展有效的金属锂保护技术用以抑制锂枝晶、提高电池循环性能、库仑效率和安全性能成为当务之急。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种聚合物保护膜、金属锂负极片、锂离子电池，所述金属锂负极片的表面涂覆包含聚合物离子液体的聚合物保护膜，因此能有效减缓甚至抑制锂枝晶的生长，提高锂二次电池的首次充放电库仑效率，显著改善锂二次电池的循环稳定性能和安全性能。为了达到上述目的，在本专利技术的一方面，本专利技术提供了一种聚合物保护膜，其包括式I结构的聚合物离子液体。在式I中，X为阴离子，具体地，X选自-COO-、-SO3-、-SO2N-SO2F、-RCOO-、-RSO3-、-RSO2N-SO2Rf中的一种。其中，R选自碳原子数小于等于10的亚烃基，或R选自碳原子数小于等于10且含有氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、氮(N)、氧(O)、硫(S)、硅(Si)、硼(B)、磷(P)中的一种或几种元素的亚烃基。Rf选自氟、氯、氰基(CN)、碳原子数小于等于10的烃基中的一种，或Rf选自碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的烃基。Y选自氮、硫、磷中的一种。R1、R2各自独立地选自碳原子数小于等于10的亚烃基，或R1、R2各自独立地选自碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的亚烃基。R3选自碳原子数小于等于10的烃基，或R3选自碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的烃基。50≤l≤2500；50≤n≤2500；0≤m≤3000。p为2或3，且p的数值与Y原子的价态相关。在本专利技术的另一方面，本专利技术提供了一种金属锂负极片，其包括：金属锂片以及根据本专利技术一方面所述的聚合物保护膜，聚合物保护膜设置于金属锂片上。在本专利技术的又一方面，本专利技术提供了一种锂二次电池，其包括根据本专利技术另一方面所述的金属锂负极片。相对于现有技术，本专利技术的有益效果为：本专利技术的金属锂负极片的表面涂覆包含聚合物离子液体的聚合物保护膜，用于锂二次电池中，能够有效减缓甚至抑制锂枝晶的生长，提高锂二次电池的首次充放电库仑效率，显著改善锂二次电池的循环稳定性能和安全性能。具体实施方式下面详细说明根据本专利技术的聚合物保护膜、金属锂负极片、锂二次电池。首先说明根据本专利技术第一方面的聚合物保护膜。根据本专利技术第一方面的聚合物保护膜，包括式I结构的聚合物离子液体。在式I中，X为阴离子，具体地，X选自-COO-、-SO3-、-SO2N-SO2F、-RCOO-、-RSO3-、-RSO2N-SO2Rf中的一种。其中，R选自碳原子数小于等于10的亚烃基，或R选自碳原子数小于等于10且含有氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、氮(N)、氧(O)、硫(S)、硅(Si)、硼(B)、磷(P)中的一种或几种元素的亚烃基。Rf选自氟、氯、氰基(CN)、碳原子数小于等于10的烃基中的一种，或Rf选自碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的烃基。Y选自氮、硫、磷中的一种。R1、R2各自独立地选自碳原子数小于等于10的亚烃基，或R1、R2各自独立地选自碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的亚烃基。R3选自碳原子数小于等于10的烃基，或R3选自碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的烃基。50≤l≤2500；50≤n≤2500；0≤m≤3000。p为2或3，且p的数值与Y原子的价态相关。这里需要说明的是，当Y为N或P时，p为3。当Y为S时，p为2。与Y原子连接的p个取代基R3可以相同，也可以不同。例如，当Y为N，p为3时，与N原子连接的所述三个R3可以相同，也可以不同。这里，“碳原子数小于等于10的烃基”是指碳原子数小于等于10的烃类化合物分子上失去任一氢原子形成的基团。所述烃类化合物可为饱和烃或不饱和烃，例如包含但不限于烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃。所述烃类化合物可以为直链结构，也可为支链结构。“碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的烃基”是指碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的烃类化合物分子上失去任一氢原子形成的基团。“碳原子数小于等于10的亚烃基”是指碳原子数小于等于10的烃类化合物分子上失去任两个氢原子形成的基团。所述烃类化合物可为饱和烃或不饱和烃，例如包含但不限于烷烃、环烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃。所述烃类化合物可以为直链结构，也可为支链结构。“碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的亚烃基”是指碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的烃类化合物分子上失去任两个氢原子形成的基团。在根据本专利技术第一方面所述的聚合物保护膜中，将包含聚合物离子液体的聚合物涂覆于金属锂负极片表面形成聚合物保护膜，可有效抑制金属锂负极片与非水电解液间的剧烈反应，同时利用聚合物离子液体自身所带的阴阳离子中心和其它富电子的芳香环等结构基团对锂二次电池充放电过程中金属锂负极片表面的电场分布进行均匀化，减缓局部电流密度过大，缓解甚至抑制锂枝晶的生长，提高锂二次电池的首次充放电库仑效率(即首次效率)，显著改善锂二次电池的循环稳定性能和安全性能。在根据本专利技术第一方面所述的聚合物保护膜中，式I结构的聚合物离子液体的数均分子量为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物保护膜，包括式I结构的聚合物离子液体；

【技术特征摘要】
1.一种聚合物保护膜，包括式I结构的聚合物离子液体；在式I中，X选自-COO-、-SO3-、-SO2N-SO2F、-RCOO-、-RSO3-、-RSO2N-SO2Rf中的一种，其中，R选自碳原子数小于等于10的亚烃基，或R选自碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的亚烃基，Rf选自氟、氯、氰基、碳原子数小于等于10的烃基中的一种，或Rf选自碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的烃基；Y选自氮、硫、磷中的一种；R1、R2各自独立地选自碳原子数小于等于10的亚烃基，或R1、R2各自独立地选自碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的亚烃基；R3选自碳原子数小于等于10的烃基，或R3选自碳原子数小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一种或几种元素的烃基；50≤l≤2500；50≤n≤2500；0≤m≤3000；p为2或3，且p的数值与Y原子的价态相关。2.根据权利要求1所述的聚合物保护膜，其特征在于，式I结构的聚合物离子液体的数均分子量为40000～1000000。3.根据权利要求1所述的聚合物保护膜，其特征在于，l:m:n＝1:(0.5～1.5):(0.5～1.5)。4.根据权利要求1所述的聚合物保护膜，其特征在于，R选自碳原子数小于等于8的亚烃基、碳原子数小于等于8的含氟亚烃基、碳原子数小于等于8且含有氟和氧的亚烃基中的一种，优选地，R选自碳原子数小于等于8的亚烷基、碳原子数小于等于8的含氟亚烷基、碳原子数小于等于8的含氟烷氧基中的一种；Rf选自氟、碳原子数小于等于8的含氟烃基、碳原子数小于等于8且含有氟和氧的烃基中的一种，优选地，Rf选自氟、碳原子数小于等于8的含氟烷基、碳原子数小于等于8的含氟烷氧基中的一种；Y选自氮、磷中的一种；R1选自碳原子数小于等于4的亚烃基，或R1选自碳原子...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成勇，吴冰斌，郭永胜，易梓琦，安黎，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35