一种隔膜、其制备方法以及锂金属电池技术

本发明专利技术提供一种隔膜，包括隔膜基材，以及设置于所述隔膜基材表面的阳离子有机高分子层；所述阳离子有机高分子层由阳离子有机高分子材料制成，所述阳离子有机高分子材料包括聚乙烯亚胺，丙烯酰胺类阳离子聚合物，阳离子改性天然高分子，烷基烯丙基卤化铵类聚合物，聚环氧氯丙烷‑胺类中的至少一种。该隔膜能够促进金属锂的均匀沉积，抑制锂枝晶的生长，阻碍其穿刺隔膜造成短路，降低锂金属电池的安全风险，提升其循环稳定性。除此之外，本发明专利技术还提供该隔膜的制备方法以及包含该隔膜的锂金属电池，同样具有上述技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种隔膜、其制备方法以及锂金属电池
本专利技术属于电化学储能
，尤其涉及一种隔膜、其制备方法以及锂金属电池。
技术介绍
随着电动车市场的蓬勃发展，汽车电子需求量持续扩容，对可充电电池的能量密度要求也越来越高。目前，以过渡金属氧化物为正极，石墨为负极的商业化锂离子电池的能量密度正逐渐接近其理论极限。因此，迫切需要探索和开发高能量密度的电极材料。金属锂因具有极高的理论比容量(3860mAh·g-1)和最低的电化学电位-3.04V(vs标准氢电极)，被誉为负极材料中的“圣杯”，以它作为负极可以得到高能量密度的锂金属电池。然而，金属锂负极也面临着几个关键挑战：锂枝晶的生长，电解液/负极界面的副反应和金属锂在循环过程中的体积变化。其中，锂枝晶问题最为严峻，尖锐的锂枝晶可能会穿透隔膜，导致电池短路，带来严重的安全问题。另外，锂枝晶在溶解过程中也容易形成“死锂”，导致活性锂的损失，造成容量迅速衰减。目前，针对锂枝晶的生长问题，一方面是对金属锂负极进行表面修饰或者结构改进，以期形成人造SEI膜保护锂负极或降低局部电流，但该方法技术控制难度较高。另一方面，可以通过加入添加剂和溶剂来优化电解液，但是这些新型添加剂和溶剂往往价格昂贵且会被持续消耗难以补充，不仅造成成本劣势而且难以长久发挥作用。因此，如何提供一种能够促进金属锂的均匀沉积，抑制锂枝晶生长的隔膜，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种隔膜，该隔膜能够促进金属锂的均匀沉积，抑制锂枝晶的生长，阻碍其穿刺隔膜造成短路，降低锂金属电池的安全风险，提升其循环稳定性。除此之外，本专利技术还提供该隔膜的制备方法以及包含该隔膜的锂金属电池，同样具有上述技术效果。本专利技术提供一种隔膜，包括隔膜基材，以及设置于所述隔膜基材表面的阳离子有机高分子层；所述阳离子有机高分子层由阳离子有机高分子材料制成，所述阳离子有机高分子材料包括聚乙烯亚胺，丙烯酰胺类阳离子聚合物，阳离子改性天然高分子，烷基烯丙基卤化铵类聚合物，聚环氧氯丙烷-胺类中的至少一种。优选的，烷基烯丙基卤化铵类聚合物包括烷基二烯丙基氯化铵的均聚物和共聚物，例如聚二甲基二烯丙基氯化铵。优选的，所述丙烯酰胺类阳离子聚合物包括阳离子型聚丙烯酰胺，多胺型聚丙烯酰胺，二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酰胺共聚物，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酰胺共聚物，或其它阳离子单体与丙烯酰胺的共聚物中的至少一种。具体的，多胺型聚丙烯酰胺是通过曼尼希反应在聚丙烯酰胺上引入胺类分子制备得到的。优选的，所述隔膜基材包括聚丙烯膜，聚乙烯膜，聚丙烯/聚乙烯双层膜，聚丙烯/聚丙烯双层膜，聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯多层膜，聚酯膜，纤维素膜，聚酰亚胺膜，聚酰胺膜，氨纶膜，芳纶膜，无纺布膜，隔膜纸，织造膜，碾压膜中的任一种。优选的，所述隔膜基材经过功能涂层处理。优选的，所述功能涂层处理包括但不限于陶瓷功能涂层处理，PVDF涂层处理，PMMA涂层处理等。其中，陶瓷功能涂层有利于阻止锂枝晶穿透隔膜；PVDF涂层一方面因为含氟有利于形成良好的SEI，另一方面有益于实现良好界面接触。优选的，所述隔膜基材的厚度为2-100μm。优选的，所述阳离子有机高分子层的厚度为1-20μm。优选的，所述阳离子有机高分子层的密度为1-15mg·cm-2。实际应用过程中，应选择合适厚度的阳离子有机高分子层，一方面要保证其充分发挥作用，另一方面也不能太厚而过于阻碍离子传输；因此，优选阳离子有机高分子层的厚度为1-20μm。除此之外，本专利技术还提供上述隔膜的制备方法，包括以下步骤：S1.将所述阳离子有机高分子材料负载至所述隔膜基材的一侧；S2.对经过步骤S1处理的所述隔膜基材进行烘烤干燥，得到所述隔膜。优选的，步骤S1中，所述阳离子有机高分子材料负载至所述隔膜基材上的方式为浆料涂布法、喷涂法、旋涂法、抽滤法、沉积法中的任一种。优选的，步骤S2中，烘烤干燥的温度为40-120℃。另外，本专利技术还提供一种锂金属电池，该锂金属电池包括上文所述的任意一种隔膜。优选的，所述锂金属电池包括正极，所述正极包括正极集流体以及分布在所述正极集流体上的正极活性物质；所述正极活性物质包括钴酸锂，镍钴锰酸锂，磷酸铁锂，锰酸锂，镍锰二元材料，镍钴铝酸锂，富锂相正极材料，聚阴离子类正极材料，有机正极材料，无机硫材料，有机硫材料中的至少一种。优选的，聚阴离子类正极材料包括磷酸钒锂，正硅酸铁锂，硫酸亚铁锂和硼酸铁锂中的至少一种。优选的，所述锂金属电池包括金属锂负极，所述隔膜设置在所述正极与所述金属锂负极之间，所述隔膜设有所述阳离子有机高分子层的一侧与所述金属锂负极相对。本专利技术的有益效果在于：本专利技术在隔膜基材上设置阳离子有机高分子层，由于阳离子有机高分子层由阳离子有机高分子材料制成，而阳离子有机高分子材料具有高正电荷密度以及高Zeta电位，可形成界面双电层，在外加电场—电池中产生强的电动效应，增强锂离子的传输，从而使锂离子浓差极化降低，锂离子分布均匀，使得金属锂均匀沉积，进而达到抑制锂枝晶产生和阻止其刺穿隔膜造成短路的目的，且能持续发挥作用，从而整体提高锂金属电池的循环稳定性和安全性能。此外，本专利技术提供的隔膜制备方法简单易行，成本较低，无需额外复杂的生产工艺，适合大规模生产。附图说明图1为本专利技术所述隔膜的结构示意图；1-隔膜基材，2-阳离子有机高分子层。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合具体实施例对本申请进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。本专利技术提供一种隔膜，包括隔膜基材，以及设置于隔膜基材表面的阳离子有机高分子层；阳离子有机高分子层由阳离子有机高分子材料制成，阳离子有机高分子材料包括聚乙烯亚胺，丙烯酰胺类阳离子聚合物，阳离子改性天然高分子，烷基烯丙基卤化铵类聚合物，聚环氧氯丙烷-胺类中的至少一种。优选的，烷基烯丙基卤化铵类聚合物包括烷基二烯丙基氯化铵的均聚物和共聚物，例如聚二甲基二烯丙基氯化铵。优选的，丙烯酰胺类阳离子聚合物包括阳离子型聚丙烯酰胺，多胺型聚丙烯酰胺，二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酰胺共聚物，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酰胺共聚物，或其它阳离子单体与丙烯酰胺的共聚物中的至少一种。具体的，多胺型聚丙烯酰胺是通过曼尼希反应在聚丙烯酰胺上引入胺类分子制备得到的。优选的，隔膜基材包括聚丙烯膜，聚乙烯膜，聚丙烯/聚乙烯双层膜，聚丙烯/聚丙烯双层膜，聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯多层膜，聚酯膜，纤维素膜，聚酰亚胺膜，聚酰胺膜，氨纶膜，芳纶膜，无纺布膜，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔膜，其特征在于，包括隔膜基材，以及设置于所述隔膜基材表面的阳离子有机高分子层；/n所述阳离子有机高分子层由阳离子有机高分子材料制成，/n所述阳离子有机高分子材料包括聚乙烯亚胺，丙烯酰胺类阳离子聚合物，阳离子改性天然高分子，烷基烯丙基卤化铵类聚合物，聚环氧氯丙烷-胺类中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种隔膜，其特征在于，包括隔膜基材，以及设置于所述隔膜基材表面的阳离子有机高分子层；
所述阳离子有机高分子层由阳离子有机高分子材料制成，
所述阳离子有机高分子材料包括聚乙烯亚胺，丙烯酰胺类阳离子聚合物，阳离子改性天然高分子，烷基烯丙基卤化铵类聚合物，聚环氧氯丙烷-胺类中的至少一种。


2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述丙烯酰胺类阳离子聚合物包括阳离子型聚丙烯酰胺，多胺型聚丙烯酰胺，二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酰胺共聚物，丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-丙烯酰胺共聚物，或其它阳离子单体与丙烯酰胺的共聚物中的至少一种。


3.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜基材包括聚丙烯膜，聚乙烯膜，聚丙烯/聚乙烯双层膜，聚丙烯/聚丙烯双层膜，聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯多层膜，聚酯膜，纤维素膜，聚酰亚胺膜，聚酰胺膜，氨纶膜，芳纶膜，无纺布膜，隔膜纸，织造膜，碾压膜中的任一种。


4.根据权利要求3所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜基材经过功能涂层处理。


5.根据权利要求1至4任一项所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜基材的厚度为2-100...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄成，徐雄文，王志斌，袁依婷，李玉冰，
申请(专利权)人：湖南立方新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43