一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用技术

本申请公开了一种重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。所述的重金属捕获隔膜包括基膜和涂层，涂层设置在基膜的至少一侧表面上，所述涂层包括MA/AA/Li

【技术实现步骤摘要】
一种重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
，特别涉及到一种重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，液态锂离子电池（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（SEI），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]近年来提出了几种延缓锂离子电池性能衰减的方法：（1）锰离子阻挡层；（2）正极材料涂抹保护层；（3）电解液添加钝化剂；（4）正极锰元素替代法等。然而，事实证明，以上方法均不能100%有效。
[0004]在隔膜领域中，最擅长应用的方案是将螯合剂成分直接混合入浆料体系内，并通过涂布工艺制备重金属捕获的功能性隔膜。例如，公开号为CN110323393A的中国专利技术专利申请，公开了一种具有锰离子吸附能力的锂电池隔膜用涂层浆料，由锰离子螯合剂与水混合，然后加入无机氧化物、粘结剂、分散剂制备而成；粘结剂、无机氧化物、分散剂和螯合剂的质量比为100：(5
‑
20)：(1
‑
10)：(4
‑
8)；所述锰离子螯合剂为柠檬酸钠、乙二胺四乙酸二钠(ETDA)、氨三乙酸三钠(NTA)和二羧酸中的一种。该技术方案通过锰离子螯合剂溶于水中，与粘结剂、分散剂、无机氧化物制成涂层浆料，涂布于锂离子电池隔膜表面所形成涂层可以有效的吸收电解液中溶解的锰离子，从而实现锂离子电池隔膜的锰离子吸附能力。但在电解液体系中，涂层内的螯合剂并非通过化学键的形式与其他成分牢牢锁定，存在逸散和污染电解液的风险。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供一种重金属捕获隔膜及其制备方法及应用，解决现有隔膜涂层中螯合剂存在逸散和污染电解液的风险的问题。
[0006]为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种重金属捕获隔膜，包括：基膜，所述基膜为多孔薄膜；涂层，所述涂层设置在所述基膜的至少一侧表面上，所述涂层包括MA/AA/Li
‑
改性陶瓷、增稠剂和粘结剂。
[0007]在上述技术方案中，本申请实施例通过添加表面修饰丙烯酸马来酸锂的改性陶瓷（即MA/AA/Li
‑
改性陶瓷），其中的MA/AA赋予涂层捕获从正极活性材料中逸散的Mn离子的能力，且由于修饰基MA/AA与陶瓷通过化学键的形式牢牢锁定，所以不存在逸散和污染电解液的风险。同时，陶瓷上的羧酸锂（陶瓷表面的羧基与氢氧化锂结合）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。
[0008]进一步地，根据本申请实施例，其中，多孔薄膜为聚烯烃薄膜。
[0009]进一步地，根据本申请实施例，其中，增稠剂的添加量为所述MA/AA/Li
‑
改性陶瓷的0.1
‑
10wt%。
[0010]进一步地，根据本申请实施例，其中，粘结剂的添加量为所述MA/AA/Li
‑
改性陶瓷的0.5
‑
10wt%。
[0011]进一步地，根据本申请实施例，其中，MA/AA/Li
‑
改性陶瓷采用以下方法制备而成：在偶联剂的作用下，在陶瓷表面接枝丙烯酸马来酸共聚物，得到MA/AA
‑
改性陶瓷；所述MA/AA
‑
改性陶瓷在LiOH的活化作用下，得到所述MA/AA/Li
‑
改性陶瓷。
[0012]进一步地，根据本申请实施例，其中，陶瓷采用氧化铝、二氧化硅、氧化钛、勃姆石、氢氧化铝、硅溶胶、钛溶胶、铝溶胶中的一种或多种。
[0013]进一步地，根据本申请实施例，其中，陶瓷的粒径范围为0.01
‑2µ
m。
[0014]进一步地，根据本申请实施例，其中，偶联剂的添加量为陶瓷的0.1
‑
10wt%。
[0015]进一步地，根据本申请实施例，其中，丙烯酸马来酸共聚物与陶瓷的质量比为0.1
‑
2：1。
[0016]进一步地，根据本申请实施例，其中，LiOH与MA/AA
‑
改性陶瓷的质量比为0.005
‑
0.5：1。
[0017]为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种重金属捕获隔膜的制备方法，包括以下步骤：制备涂层浆料，所述涂层浆料中的固体含量为1
‑
30wt%，所述MA/AA/Li
‑
改性陶瓷占所述固体的80
‑
98.5wt%；将所述涂层浆料涂覆到所述基膜上，经过固化、干燥，得到所述重金属捕获隔膜。
[0018]进一步地，根据本申请实施例，其中，涂覆的方式为凹版涂布、刮涂涂布、网纹辊涂布中的一种。
[0019]为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种重金属捕获隔膜在锂电池上的应用。
[0020]与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请通过添加表面修饰丙烯酸马来酸锂的改性陶瓷（即MA/AA/Li
‑
改性陶瓷），其中的MA/AA赋予涂层捕获从正极活性材料中逸散的Mn离子的能力，且由于修饰基MA/AA与陶瓷通过化学键的形式牢牢锁定，所以不存在逸散和污染电解液的风险。同时，陶瓷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。
具体实施方式
[0021]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。
[0022]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。
[0023]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，也可以是可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重金属捕获隔膜，其特征在于，包括：基膜，所述基膜为多孔薄膜；涂层，所述涂层设置在所述基膜的至少一侧表面上，所述涂层包括MA/AA/Li
‑
改性陶瓷、增稠剂和粘结剂。2.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜，其特征在于，所述多孔薄膜为聚烯烃薄膜。3.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜，其特征在于，所述增稠剂的添加量为所述MA/AA/Li
‑
改性陶瓷的0.1
‑
10wt%。4.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜，其特征在于，所述粘结剂的添加量为所述MA/AA/Li
‑
改性陶瓷的0.5
‑
10wt%。5.根据权利要求1所述的一种重金属捕获隔膜，其特征在于，所述MA/AA/Li
‑
改性陶瓷采用以下方法制备而成：在偶联剂的作用下，在陶瓷表面接枝丙烯酸马来酸共聚物，得到MA/AA
‑
改性陶瓷；所述MA/AA
‑
改性陶瓷在LiOH的活化作用下，得到所述MA/AA/Li
‑
改性陶瓷。6.根据权利要求5所述的一种重金属捕获隔膜，其特征在于，所述陶瓷采用氧化铝、二氧化硅、氧化钛、勃姆石、氢氧化铝、硅溶胶、钛溶胶、铝溶胶中的一种或多种。7.根据权利要求5所述的一种重金属捕获隔膜，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振坤，王晓明，周素霞，李姗姗，曹林娜，
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：