一种过渡金属捕获隔膜及其制备方法及应用技术

本申请公开了一种过渡金属捕获隔膜及其制备方法及应用，涉及二次电池技术领域。本申请通过将聚丙烯接枝马来酸酐和苯乙烯共聚物（PP

【技术实现步骤摘要】
一种过渡金属捕获隔膜及其制备方法及应用


[0001]本申请涉及二次电池领域，特别涉及一种过渡金属捕获隔膜及其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]正负极材料是决定电池能量密度的关键因素，从现有技术出发，正极材料的突破更容易实现能量密度飞跃。其中，以磷酸锰铁锂、高镍去钴三元材料以及富锂锰基为主要正极研究材料。但在充放电循环使用过程中，锂离子电池 （LIB）的锰基正极活性材料会发生明显的容量衰减。从正极处脱离的Mn离子通过电解质溶液迁移到负极，然后沉积在负极上。附着在负极上的锰离子会破坏固体电解质界面 （SE），造成LIB中的负极钝化、增加电池阻抗以及电解液中锂离子的消耗。同时，Mn的不可逆损失还破坏了正极活性材料的结构完整性。
[0003]涂布螯合剂功能性涂层的方案能在一定程度上吸附从正极材料中逸散的Mn离子，但是在电池的循环或物理性的碰撞中，螯合剂功能性涂层存在脱落的危险；同时，功能性涂层需占据整个电池一定的空间比例，从而削弱了电池容量。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是提供一种过渡金属捕获隔膜及其制备方法，将其应用在锂离子电池上，能够解决锂离子电池的正极活性材料容易逸散Mn离子导致电池能量衰减的问题。
[0005]为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种过渡金属捕获隔膜，包括以下组分：（a）100重量份的聚烯烃树脂；（b）5
‑
25重量份的聚丙烯接枝马来酸酐和苯乙烯共聚物；（c）0.1
‑
1重量份的抗氧化剂；过渡金属捕获隔膜具有羧酸锂基团，单位质量隔膜中的Li离子含量为40
‑
1200
µ
g/g。
[0006]在上述技术方案中，本申请实施例通过添加聚丙烯接枝马来酸酐和苯乙烯共聚物，形成具有过渡金属捕获功能的隔膜，电池充放电循环过程中，可有效地捕获从正极活性材料中逸散的Mn离子。同时，隔膜上的羧酸锂不仅可作为额外的锂源来弥补循环过程中损失的锂离子，还可捕获电解液中的H离子，抑制Mn离子从正极材料中的逸散。另外，掺杂在隔膜内部的功能性基团几乎不会占用电池的内部空间，有利于提高电池的整体容量。
[0007]为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种过渡金属捕获隔膜的制备方法，包括以下步骤：制备前驱体膜：按照比例将所述聚烯烃树脂、所述聚丙烯接枝马来酸酐和苯乙烯共聚物、所述抗氧化剂加入挤出机熔融共混并挤出，制备所述前驱体膜；拉伸：将所述前驱体膜放入恒温箱中进行退火处理，退火后并进行纵向拉伸，制备
出具有微孔结构的隔膜；活化处理：将所述隔膜浸泡到LiOH溶液中进行活化处理，再浸泡入去离子水中去除所述隔膜表面残留的LiOH，得到所述过渡金属捕获隔膜。
[0008]进一步地，根据本申请实施例，其中，在拉伸步骤中，退火温度为80
‑
150℃，退火时间为30
‑
200min。
[0009]进一步地，根据本申请实施例，其中，在拉伸步骤中，拉伸温度为100
‑
160℃，拉伸倍率为1
‑
3.5。
[0010]进一步地，根据本申请实施例，其中，在活化处理步骤中，所述LiOH溶液的浓度为0.0001
‑
0.1mol/L。
[0011]进一步地，根据本申请实施例，其中，聚丙烯接枝马来酸酐和苯乙烯共聚物采用以下方法制备而成：将马来酸酐、过氧化二异丙苯加入二甲苯中，在60℃条件下搅拌溶解，得到溶液一；将苯乙烯加入所述溶液一中，常温搅拌溶解，得到溶液二；将聚丙烯颗粒加入到所述溶液二中，并在60℃条件下预分散30min，得到混合物分散液三；将所述混合物分散液三加入到一定温度和转速的转矩流变仪中进行熔融接枝，得到接枝物四；将所述接枝物四加入到二甲苯中，常温搅拌30min，静置30min后进行抽滤处理，并用丙酮洗涤3
‑
5次，烘干后得到所述聚丙烯接枝马来酸酐和苯乙烯共聚物。
[0012]进一步地，根据本申请实施例，其中，每升二甲苯中添加100
‑
200g的聚丙烯颗粒。
[0013]进一步地，根据本申请实施例，其中，马来酸酐占聚丙烯颗粒的0.5%
‑
10wt%。
[0014]进一步地，根据本申请实施例，其中，苯乙烯占马来酸酐的10%
‑
200wt%。
[0015]进一步地，根据本申请实施例，其中，过氧化二异丙苯占马来酸酐的1%
‑
40wt%。
[0016]进一步地，根据本申请实施例，其中，转矩流变仪设定的温度为170
‑
200℃，转速为1
‑
100rpm。
[0017]为了实现上述目的，本申请实施例还公开一种过渡金属捕获隔膜在锂电池上的应用。
[0018]与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请通过添加聚丙烯接枝马来酸酐和苯乙烯共聚物，形成具有过渡金属捕获功能的隔膜，在电池充放电循环过程中，可有效地捕获从正极活性材料中逸散的Mn离子。同时，隔膜上的羧酸锂不仅可作为额外的锂源来弥补循环过程中损失的锂离子，还可捕获电解液中的H离子，抑制Mn离子从正极材料中的逸散。另外，掺杂在隔膜内部的功能性基团几乎不会占用电池的内部空间，有利于提高电池的整体容量。
具体实施方式
[0019]为了使本专利技术的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下对本专利技术实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本专利技术实施例，并不用于限定本专利技术实施
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，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0021]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0022]出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种过渡金属捕获隔膜，其特征在于，包括以下组分：（a）100重量份的聚烯烃树脂；（b）5
‑
25重量份的聚丙烯接枝马来酸酐和苯乙烯共聚物；（c）0.1
‑
1重量份的抗氧化剂；所述过渡金属捕获隔膜具有羧酸锂基团，单位质量隔膜中的Li离子含量为40
‑
1200
µ
g/g。2.一种如权利要求1所述的过渡金属捕获隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：制备前驱体膜：按照比例将所述聚烯烃树脂、所述聚丙烯接枝马来酸酐和苯乙烯共聚物、所述抗氧化剂加入挤出机熔融共混并挤出，制备所述前驱体膜；拉伸：将所述前驱体膜放入恒温箱中进行退火处理，退火后并进行纵向拉伸，制备出具有微孔结构的隔膜；活化处理：将所述隔膜浸泡到LiOH溶液中进行活化处理，再浸泡入去离子水中去除所述隔膜表面残留的LiOH，得到所述过渡金属捕获隔膜。3.根据权利要求2所述的一种过渡金属捕获隔膜的制备方法，其特征在于，在所述拉伸步骤中，退火温度为80
‑
150℃，退火时间为30
‑
200min。4.根据权利要求2所述的一种过渡金属捕获隔膜的制备方法，其特征在于，在所述拉伸步骤中，拉伸温度为100
‑
160℃，拉伸倍率为1
‑
3.5。5.根据权利要求2所述的一种过渡金属捕获隔膜的制备方法，其特征在于，在所述活化处理步骤中，所述LiOH溶液的浓度为0.0001
‑
0.1mol/L。6.根据权利要求2所述的一种过渡金属捕获隔膜的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯接枝马来酸酐和苯乙烯共聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振坤，王晓明，周素霞，黄云，李姗姗，邹奇，张云金，厉轩豪，
申请(专利权)人：宁德卓高新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：