多孔隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多孔隔膜及其制备方法和应用，其中，所述多孔隔膜包括：隔膜基体和涂层，所述涂层形成在所述隔膜基体的至少一部分上，并且所述涂层带有负电荷。由此，该多孔隔膜可以有效抑制金属负极表面枝晶生长，从而避免刺穿隔膜而发生短路，提高电池安全性。

【技术实现步骤摘要】
多孔隔膜及其制备方法和应用
本专利技术属于电池领域，具体涉及一种多孔隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
二次锂电池/锌电池隔膜一般采用PP膜、PE膜、AGM隔膜、涂胶的AGM隔膜或无纺布隔膜，然而由于该类电池隔膜不带电荷或者带正电荷，无法对金属离子沉积进行疏导，同时不能很好的抑制负极金属枝晶的产生，导致电池短路，另外该类电池隔膜力学强度不足，充放电过程中会溶解，并且水系电解液中不亲水、离子电导率底。因此，现有的电池隔膜有待改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种多孔隔膜及其制备方法和应用，该多孔隔膜可以有效抑制金属负极表面枝晶生长，从而避免刺穿隔膜而发生短路，提高电池安全性。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种多孔隔膜。根据本专利技术的实施例，所述多孔隔膜包括：隔膜基体；涂层，所述涂层形成在所述隔膜基体的至少一部分上，并且所述涂层带有负电荷。根据本专利技术实施例的多孔隔膜，通过在隔膜基体上形成带有负电荷的涂层，该带负电荷的涂层与隔膜基体之间具有良好的结合力，并且形成在隔膜基体表面的带有负电荷的涂层边缘可以吸引金属阳离子沿着多孔隔膜表面进行传导，而电解液中的SO42-、PF6-等负电荷离子会在通道中间向金属负极的反方向迁移，产生类似气体冲击压力的“去离子冲击”，促进Li+和Zn2+等在负极金属表面的均匀沉积，有效抑制金属负极表面枝晶生长，同时该多孔隔膜用在有机或水系体系时，会有微量的涂层溶于电解液，电解液中的Zn2+或Li+与涂层之间由于范德华力，生成Zn2+-CH或者Li+-CH微粒，这种微粒有助于缓解电池负极枝晶持续的尖端沉积，从而避免刺穿隔膜而发生短路，提高电池安全性。另外，根据本专利技术上述实施例的多孔隔膜还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述隔膜基体为AGM隔膜、PP膜、PE膜或无纺布隔膜。在本专利技术的一些实施例中，所述隔膜基体的厚度为0.1～1mm。在本专利技术的一些实施例中，所述涂层包括胶原蛋白、明胶、聚噻吩、聚丙烯酸和聚苯乙烯磺酸钠中的至少之一。在本专利技术的第二个方面，本专利技术提出了一种制备上述多孔隔膜的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：(1)伴随着加热搅拌，将涂料与水混合，以便得到胶体；(2)将隔膜基体浸入到所述胶体中，取出后进行干燥，以便得到多孔隔膜。根据本专利技术实施例的制备多孔隔膜的方法，在加热搅拌条件下，将涂料与水混合后得到带负电荷的胶体，然后将隔膜基体浸入到带负电荷的胶体中，取出后进行干燥，即可得到上述能够有效抑制金属负极表面枝晶生长的多孔隔膜，从而避免刺穿隔膜而发生短路，提高电池安全性。另外，根据本专利技术上述实施例的制备多孔隔膜的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述搅拌加热的温度为55～110摄氏度，时间为20～500分钟。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述涂料为选自胶原蛋白、明胶、聚噻吩、聚丙烯酸和聚苯乙烯磺酸钠中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述胶体的浓度为0.1wt％～25wt％。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述干燥采用真空干燥，并且所述真空干燥的温度为80～150摄氏度，时间为1～30小时。在本专利技术的第三个方面，本专利技术提出了一种水系金属锌离子电池。根据本专利技术的实施例，所述水系金属锌离子电池具有上述的多孔隔膜或采用上述的方法得到的所述多孔隔膜。由此，该水系金属锂离子电池使用上述能够有效抑制金属负极表面枝晶生长的多孔隔膜，可以避免刺穿隔膜而发生短路，提高电池安全性。在本专利技术的第四个方面，本专利技术提出了一种制备有机系锂离子电池用隔膜的方法。根据本专利技术的实施例，所述方法包括：(a)伴随着加热搅拌，将涂料与水和含锂电解液混合，以便得到混合胶体；(b)将隔膜基体浸入到所述胶体中，取出后进行干燥，以便得到有机系锂离子电池用隔膜。根据本专利技术实施例的制备有机系锂离子电池用隔膜的方法，在加热搅拌条件下，将涂料与水和含锂电解液混合后得到带负电荷的胶体，然后将隔膜基体浸入到带负电荷的胶体中，取出后进行干燥，即可得到上述能够有效抑制金属负极表面枝晶生长的多孔隔膜，从而避免刺穿隔膜而发生短路，提高电池安全性。另外，根据本专利技术上述实施例的制备有机系锂离子电池用隔膜的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，在步骤(a)中，所述搅拌加热的温度为55～110摄氏度，时间为20～500分钟。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(a)中，所述涂料为选胶原蛋白、明胶、聚噻吩、聚丙烯酸和聚苯乙烯磺酸钠的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(a)中，所述混合胶体中涂料的浓度为0.1wt％～25wt％。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(a)中，所述混合胶体中含锂电解液的浓度为0.1wt％～10wt％。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(b)中，所述干燥采用真空干燥，并且所述真空干燥的温度为80～150摄氏度，时间为1～30小时。在本专利技术第五个方面，本专利技术提出了一种有机系锂离子电池用隔膜。根据本专利技术的实施例，所述隔膜采用上述的方法制备得到。由此，该隔膜能够有效抑制金属负极表面枝晶生长的多孔隔膜，从而避免刺穿隔膜而发生短路，提高电池安全性。在本专利技术的第六个方面，本专利技术提出了一种有机系锂离子电池。根据本专利技术的实施例，所述有机系锂离子电池具有采用上述的方法制备得到的隔膜或上述的隔膜。由此，该有机系锂离子电池使用上述能够有效抑制金属负极表面枝晶生长的多孔隔膜，可以避免刺穿隔膜而发生短路，提高电池安全性。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是AGM隔膜在不同pH下的zata电位图；图2是AGM隔膜中表面电荷对金属离子的电沉积影响示意图；图3是AGM隔膜对枝晶形成过程影响示意图；图4是Li+或Zn2+在AGM隔膜表面的沉积过程示意图；图5是在AGM隔膜表面形成胶原蛋白涂层的多孔隔膜的SEM图；图6是在AGM隔膜表面形成胶原蛋白涂层的多孔隔膜在不同pH下的zata电位图；图7是在AGM隔膜表面形成胶原蛋白涂层的多孔隔膜中表面电荷对金属离子的电沉积影响示意图；图8是在AGM隔膜表面形成胶原蛋白涂层的多孔隔膜对枝晶形成过程影响示意图；图9是Li+或Zn2+在本申请的在AGM隔膜表面形成胶原蛋白涂层的多孔隔膜表面的沉积过程示意图；图10是实施例1得到的扣式Li|CH@AGM|Cu半电池和扣式Li|AGM|Cu半电池的库伦效率-循环次数曲线图；图11是实施例8得到的扣式Zn|C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多孔隔膜，其特征在于，包括：/n隔膜基体；/n涂层，所述涂层形成在所述隔膜基体的至少一部分上，并且所述涂层带有负电荷。/n

【技术特征摘要】
1.一种多孔隔膜，其特征在于，包括：
隔膜基体；
涂层，所述涂层形成在所述隔膜基体的至少一部分上，并且所述涂层带有负电荷。


2.根据权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于，所述隔膜基体为AGM隔膜、PP膜、PE膜或无纺布隔膜；
任选地，所述隔膜基体的厚度为0.1～1mm。


3.根据权利要求1所述的多孔隔膜，其特征在于，所述涂层包括胶原蛋白、明胶、聚噻吩、聚丙烯酸和聚苯乙烯磺酸钠中的至少之一。


4.一种制备权利要求1-3中任一项所述多孔隔膜的方法，其特征在于，包括：
(1)伴随着加热搅拌，将涂料与水混合，以便得到胶体；
(2)将隔膜基体浸入到所述胶体中，取出后进行干燥，以便得到多孔隔膜。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述搅拌加热的温度为55～110摄氏度，时间为20～500分钟；
任选地，在步骤(1)中，所述涂料为选自胶原蛋白、明胶、聚噻吩、聚丙烯酸和聚苯乙烯磺酸钠中的至少之一；
任选地，在步骤(1)中，所述胶体的浓度为0.1wt％～25wt％；
任选地，在步骤(2)中，所述干燥采用真空干燥，并且所述真空干燥的温度为80～150摄氏度，时间为1～30小时。


6.一种水系金属锌离子电池，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：支键，陈璞，罗小松，
申请(专利权)人：陈璞，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA