一种锂电池疏水复合膜和锂电池制造技术

本发明专利技术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。

A Hydrophobic Composite Film for Lithium Batteries and Lithium Batteries

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池疏水复合膜和锂电池
本专利技术涉及锂电池材料
，尤其涉及一种锂电池疏水复合膜及锂电池。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。图1为本专利技术实施例提供的锂电池疏水复合膜的结构示意图；图2为本专利技术实施例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为本专利技术提供为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为本专利技术实施例1与对比例1制备得到的半电池循环测试对比图；图5为本专利技术实施例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，对本专利技术进行进一步的详细说明，但并不意于限制本专利技术的保护范围。本专利技术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Li、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。在本专利技术的疏水复合膜中，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本专利技术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，对本专利技术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。本专利技术实施例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。为了充分体现本专利技术锂电池疏本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫昭，曹文卓，陆浩，李泓，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11