一种复合电极、复合电极的制备方法及电池技术

本发明专利技术提供了一种复合电极，包括：电极本体和缓冲层，所述缓冲层包覆在所述电极本体上；所述缓冲层上设置有呈连续梯度分布的缓冲孔，孔径为0.5nm

【技术实现步骤摘要】
一种复合电极、复合电极的制备方法及电池


[0001]本专利技术涉及电池电极
，具体而言，涉及一种复合电极、复合电极的制备方法及电池。

技术介绍

[0002]金属电池因为其具有超高的能量密度而受到广泛关注。金属电池中最具代表性的锂
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空气电池，其体积能量密度为1100Wh/l，这与汽油的体积能量密度相近。因此发展金属电池对于提高电动汽车的续航里程，推动电动汽车的普及以及解决汽车尾气分散式排放带来的环境污染具有重要意义。
[0003]然而，现阶段金属电池的发展受限于金属电极界面稳定性。在电池循环过程中，金属电极/电解液界面处的金属离子不均匀沉积，这就造成了枝晶的生长。枝晶会刺穿隔膜造成电池的短路。同时，金属电极是一种“hostless”电极。在电池充放电过程中，反复的体积变化容易造成电池内部应力的不均匀，进而影响电池的寿命。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一目的在于提供一种复合电极，该复合电极通过在电极上包覆缓冲层，能够降低金属离子在电极表面的不均匀沉积，从而有效抑制枝晶生长，提高电极的使用寿命。
[0006]本专利技术的第二目的在于提供一种上述复合电极的制备方法，该方法操作简单，效率高，制备出的复合电极具有良好的稳定性。
[0007]本专利技术的第三目的在于提供一种电池，该电池应用上述复合电极作为负极，具有良好的循环稳定性。
[0008]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：<br/>[0009]本专利技术提供了一种复合电极，包括：电极本体和缓冲层，所述缓冲层包覆在所述电极本体上；所述缓冲层上设置有缓冲孔；所述缓冲孔的孔径呈连续梯度分布，且沿远离所述电极本体方向孔径依次增大；所述缓冲孔孔径为0.5nm
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3μm。
[0010]现有技术中，金属电池的发展受限于金属电极界面稳定性。在电池循环过程中，金属电极/电解液界面处的金属离子不均匀沉积，这就造成了枝晶的生长。枝晶会刺穿隔膜造成电池的短路。同时，金属电极是一种“hostless”电极。在电池充放电过程中，反复的体积变化容易造成电池内部应力的不均匀，进而影响电池的寿命。
[0011]为解决上述问题，本专利技术提供了一种复合电极，该复合电极通过将缓冲层与电极本体复合使用，利用缓冲层上呈连续梯度分布的多级孔结构，能够限制金属离子在界面处的迁移，防止金属离子不均匀沉积，从而抑制枝晶的生成；同时缓冲层能够缓解因电极体积变化使电池内部产生的压力变化，从而延长使用寿命。
[0012]优选的，所述缓冲层包括沿远离所述电极本体方向依次设置的表皮层和支撑层，
所述缓冲孔包括沿远离所述电极本体方向依次设置的微孔、介孔和大孔，所述微孔设置在所述表皮层上，所述介孔和所述大孔设置在所述支撑层上。表皮层与电极本体贴近，其上的微孔结构形成的埃米级迁移通道仅能够容纳有限数量的金属离子迁移，起到“限域”作用，增加了金属离子横向扩散的阻力，使得其只能在垂直于电极本体表面的方向上传质，降低了金属离子在电极本体表面的不均匀沉积，从而抑制了锂枝晶的生长；支撑层位于外侧，其上设置有介孔结构和大孔结构，这些梯度分布的孔结构决定了缓冲层中的表皮层和支撑层具有不同的机械性能，当金属电极发生体积变化时，支撑层由于具有较小的弹性模量优先发生弹性形变，从而缓解电池内部的压力变化，延长电池的使用寿命。
[0013]优选的，所述微孔孔径为0.5
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2nm，所述介孔直径为5
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50nm，所述大孔直径为0.1
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3μm；
[0014]进一步的，所述微孔孔径为0.6
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1nm，所述介孔孔径为10
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30nm，所述大孔孔径为0.5
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2μm；
[0015]更进一步的，所述微孔孔径为0.75nm，所述介孔孔径为23.6nm，所述大孔孔径为1.4μm。
[0016]优选的，所述缓冲层的厚度为1nm
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500μm；进一步的，所述缓冲层厚度为10nm
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300μm；进一步的，所述缓冲层厚度为1
‑
50μm；更进一步的，所述缓冲层厚度为28μm。通过设置适宜的缓冲层厚度，既能够起到抑制枝晶的作用，又能够防止缓冲层对电极本体传质造成影响。
[0017]优选的，所述缓冲层为纳滤膜或超滤膜中的一种或几种。
[0018]优选的，所述电极本体为金属锂电极、金属钠电极、金属锌电极、金属铝电极或金属镁电极中的任意一种或者几种。
[0019]本专利技术还提供了一种上述复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述缓冲层覆盖在所述电极本体表面。
[0020]本专利技术的制备方法操作简单，制备效率高，能够制得具有良好稳定性的电极。
[0021]优选的，所述缓冲层采用以下方法制得：
[0022](A)制备基膜；
[0023](B)将所述基膜依次浸入聚阳离子电解质溶液和聚阴离子电解质溶液中，取出，冲洗掉表面多余的溶液，阴干，浸入均苯三甲酰氯溶液中，取出阴干，热处理，得到支撑层；
[0024](C)将表皮层制膜液涂覆在所述支撑层上，阴干，热处理。
[0025]优选的，所述(A)步骤包括：按质量份数计，将高分子材料A 20
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30份、N,N
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二甲基乙酰胺45
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52份、致孔剂10
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15份、改性剂3
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5份混合均匀，经溶液纺丝法制成所述基膜；
[0026]优选的，所述(C)步骤中的表皮层制膜液采用以下方法制得：按质量份数计，将高分子材料B15
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20份、N,N
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二甲基乙酰胺30
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40份、和微孔调节剂3
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5份混合均匀后，在45
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75℃的条件下加热1h，充分搅拌后进行超声处理；
[0027]优选的，所述高分子材料A和高分子材料B均为聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺中的任意一种或多种复合；
[0028]优选的，所述步骤(B)中热处理温度为45
‑
100℃，热处理时间为15
‑
45min；
[0029]优选的，所述步骤(C)中热处理温度为70
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80℃，时间为80
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100min；
[0030]优选的，所述均苯三甲酰氯溶液浓度为0.01
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0.3wt％，浸入时间为10
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120s。
[0031]优选的，所述聚阳离子电解质溶液制备方法如下：将聚阳离子电解质溶解在水中，配制成浓度为2
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10wt％的水溶液，静置脱泡备用。所述聚阳离子电解质为烯丙基化聚阳离子电解质。
[0032]优选的，所述聚阴离子电解质溶液制备方法如下：将聚阴本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合电极，其特征在于，包括：电极本体和缓冲层，所述缓冲层包覆在所述电极本体上；所述缓冲层上设置有呈连续梯度分布的缓冲孔，孔径为0.5nm
‑
3μm之间，且沿远离所述电极本体方向缓冲孔的孔径依次增大。2.根据权利要求1所述的复合电极，其特征在于，所述缓冲层包括沿远离所述电极本体方向依次设置的表皮层和支撑层，所述缓冲孔包括沿远离所述电极本体方向依次设置的微孔、介孔和大孔，所述微孔设置在所述表皮层上，所述介孔和所述大孔设置在所述支撑层上。3.根据权利要求2所述的复合电极，其特征在于，所述微孔孔径为0.5
‑
2nm，所述介孔直径为5
‑
50nm，所述大孔直径为0.1
‑
3μm；优选的，所述微孔孔径为0.6
‑
1nm，所述介孔孔径为10
‑
30nm，所述大孔孔径为0.5
‑
2μm；优选的，所述微孔孔径为0.75nm，所述介孔孔径为23.6nm，所述大孔孔径为1.4μm。4.根据权利要求3所述的复合电极，其特征在于，所述缓冲层的厚度为1nm
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500μm；优选的，所述缓冲层厚度为10nm
‑
300μm；优选的，所述缓冲层厚度为1
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50μm；优选的，所述缓冲层厚度为28μm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的复合电极，其特征在于，所述缓冲层为纳滤膜或超滤膜中的一种或几种的结合。6.根据权利要求1
‑
4任一项所述的复合电极，其特征在于，所述电极本体为金属锂电极、金属钠电极、金属锌电极、金属铝电极或金属镁电极中的任意一种或者几种的结合。7.一种权利要求1
‑
4任一项所述的复合电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述缓冲层覆盖在所述电极本体表面。8.根据权利要求7所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：董琛，鲁晓峰，廖晓东，侯丽伟，张玉西，张禹佳，侯戌琪，杨宗烨，周家宇，
申请(专利权)人：中国五洲工程设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：