聚合物保护膜、金属锂负极、锂电池及车辆制造技术

本申请公开了一种聚合物保护膜、金属锂负极、锂电池及车辆，聚合物保护膜的结构式如下：本申请的聚合物保护膜中含氮聚合物链段，能够与金属锂持续缓慢反应，有利于形成稳定的SEI；乙氧基链段与金属锂有较强的作用，有利于降低聚合物和金属锂之间的界面阻抗，同时有利于促进锂离子传输并使锂离子分布均匀，减小浓差极化，防止锂枝晶的产生，进而提高电池的安全性能和循环性能。进而提高电池的安全性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
聚合物保护膜、金属锂负极、锂电池及车辆


[0001]本专利技术一般涉及锂电池
，具体涉及一种聚合物保护膜、金属锂负极、锂电池及车辆。

技术介绍

[0002]随着智能电子设备、电动汽车和大型储能设备的广泛应用，迫切需要具有更高能量密度和循环寿命的锂二次电池。锂金属具有高的理论比容量(3860mAh/g)和低的电化学势(
‑
3.040Vvs标准氢电极)，是下一代锂二次电池最理想的负极材料。
[0003]然而，锂金属会不可避免的与电解液发生反应形成固液界面(SEI)，SEI在循环过程中容易破裂，导致电解液、锂盐和活性锂的消耗，形成锂枝晶，进而缩短了电池的循环寿命和限制了金属锂负极的应用。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种聚合物保护膜、金属锂负极、锂电池及车辆，该聚合物保护膜有利于形成稳定的SEI，降低聚合物与金属锂之间的阻抗，促进锂离子传输，抑制锂枝晶的形成，进而提高电池的安全性能和循环使用寿命。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种聚合物保护膜，聚合物保护膜的结构式如下：
[0006][0007]其中，R1、R3各自独立地选自取代基取代或未取代的各自独立地选自取代基取代或未取代的各自独立地选自取代基取代或未取代的其中，k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8各自独立地为1～50的整数，K、L各自独立的选自取代基取代或未取代的
[0008]R2选自取代基取代或未取代的C0‑
C6的亚甲基、C6‑<br/>C
12
的芳基、C6‑
C
12
的环烷基、其中，M、Q各自独立选自取代基取代或未取代的C0‑
C6的亚甲基、苯基、环己烷基；
[0009]m和x均表示乙氧基链段占所述聚合物的摩尔比，n和y表示含氮链段占所述聚合物的摩尔比，m和n各自独立地为0～1之间的任一小数，且m+n等于1.0；x和y各自独立地为0～1之间的任一小数，且x+y等于1.0；
[0010]z表示乙氧基结构单元的重复单元数，z为1～100的整数。
[0011]作为可选的方案，0.5≤m≤0.95，0.05≤n≤0.5；0.5≤x≤0.95，0.05≤y≤0.5。
[0012]作为可选的方案，0.7≤m≤0.9，0.1≤n≤0.3；0.7≤x≤0.9，0.1≤y≤0.3。
[0013]作为可选的方案，取代基选自卤素、羟基、胺基、羰基、氰基、C1‑
C6的烷氧基、C1‑
C6的烷基、C6‑
C
12
的芳基或C6‑
C
12
的环烷基。
[0014]作为可选的方案，卤素选自氟、氯、溴中的一种；胺基选自C1‑
C6的伯胺、C1‑
C6的烷基取代的仲胺或叔胺；C1‑
C6的烷氧基选自甲氧基或乙氧基；C1‑
C6的烷基选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基或叔丁基；C6‑
C
12
的芳基选自苯基、萘基、或联苯基；C6‑
C
12
的环烷基选自环己基或联环己基；
[0015]作为可选的方案，聚合物保护膜的分子量为10000～500000。
[0016]第二方面，本专利技术提供一种金属锂负极，包括金属锂片和第一方面的聚合物保护膜，聚合物保护膜设置于金属锂片上。
[0017]作为可选的方案，聚合物保护膜的厚度为1μm
‑
10μm。
[0018]第三方面，本专利技术提供一种锂电池，包括第二方面的金属锂负极。
[0019]第四方面，本专利技术提供一种车辆，包括第三方面的锂电池。
[0020]本申请的聚合物保护膜包括含氮链段和乙氧基链段。其中，含氮链段能够与金属锂持续缓慢原位形成氮化锂，有利于形成稳定的SEI；乙氧基链段能够和金属锂形成较强的作用，降低聚合物和金属锂之间的界面阻抗，有利于促进锂离子传输，使得锂离子分布均匀，减小浓差极化，抑制锂枝晶的产生，进而提高电池的安全性能和循环性能。
具体实施方式
[0021]下面结合实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，实施例中仅示出了与专利技术相关的部分。
[0022]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考实施例来详细说明本申请。
[0023]本专利技术实施例提供一种聚合物保护膜，聚合物保护膜的结构式如下：
[0024][0025]其中，R1、R3各自独立地选自取代基取代或未取代的各自独立地选自取代基取代或未取代的各自独立地选自取代基取代或未取代的其中，k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8各自独立地为1～50的整数，K、L各自独立的选自取代基取代或未取代的的整数，K、L各自独立的选自取代基取代或未取代的
[0026]R2选自取代基取代或未取代的C0‑
C6的亚甲基、C6‑
C
12
的芳基、C6‑
C
12
的环烷基、其中，M、Q各自独立选自取代基取代或未取代的C0‑
C6的亚甲基、苯基、环己烷基；
[0027]m和x均表示乙氧基链段占所述聚合物的摩尔比，n和y表示含氮链段占所述聚合物的摩尔比，m和n各自独立地为0～1之间的任一小数，且m+n等于1.0；x和y各自独立地为0～1之间的任一小数，且x+y等于1.0；
[0028]z表示乙氧基结构单元的重复单元数，z为1～100的整数。
[0029]其中，含氮链段来自于R1或R3基团，含氮链段中的含氮基团可以是胺基或咪唑氮或三氮唑，k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8表示含有胺基或咪唑氮或三氮唑的聚合物中重复单元的数目，k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8的取值影响含氮链段的长度和聚合物的分子量；
[0030]控制m和n，或者x和y的取值，有利于调控聚合物保护膜的含氮链段和乙氧基链段的含量，进而有利于控制聚合物保护膜促进SEI的稳定形成，与金属锂之间的作用，以及传导锂离子的能力。
[0031]控制z的取值，有利于调整乙氧基的含量，能够增强聚合物与金属锂之间的相互作用，进而降低聚合物和锂金属之间的界面阻抗，同时，还有利于促进锂离子传输并使锂离子分布均匀，减小浓差极化，防止锂枝晶的产生。
[0032]SEI中富含氮化锂，有利于提高锂离子的传输性能和SEI的稳定性能。但是氮化锂在电解液中的溶解性较差，无法在电解液中直接添加。SEI中的氮化锂通常是通过锂金属与锂盐反应形成的，但这会消耗锂盐，降低锂盐浓度，影响电池的倍率性能和循环性能。
[0033]本申请实施例的聚合物保护膜中的含氮链段，能够与锂金属持续缓慢的原位形成氮化锂，进而有利于形成稳定的SEI，提高电池的循环性能。并且，原位形成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物保护膜，其特征在于，所述聚合物保护膜的结构式如下：其中，R1、R3各自独立地选自取代基取代或未取代的各自独立地选自取代基取代或未取代的各自独立地选自取代基取代或未取代的其中，k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7、k8各自独立地为1～50的整数，K、L各自独立的选自所述取代基取代或未取代的取代的R2选自所述取代基取代或未取代的C0‑
C6的亚甲基、C6‑
C
12
的芳基、C6‑
C
12
的环烷基、其中，M、Q各自独立选自所述取代基取代或未取代的C0‑
C6的亚甲基、苯基、环己烷基；m和x均表示乙氧基链段占所述聚合物的摩尔比，n和y表示含氮链段占所述聚合物的摩尔比，m和n各自独立地为0～1之间的任一小数，且m+n等于1.0；x和y各自独立地为0～1之间的任一小数，且x+y等于1.0；z表示乙氧基结构单元的重复单元数，z为1～100的整数。2.根据权利要求1所述的聚合物保护膜，其特征在于，0.5≤m≤0.95，0.05≤n≤0.5；0.5≤x≤0.95，0.05≤y≤0.5。3.根据权利要求2所述的聚合物保护膜，其特征在于，0.7≤m≤0.9，0.1≤n≤0.3；0.7≤x≤0.9，0.1≤y≤0.3。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的聚合物保护膜，其特征在于，所述取代基选自卤素、羟基、胺基、...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁涛，谢静，韩晓燕，郭姿珠，吴荣方，
申请(专利权)人：深圳市比亚迪锂电池有限公司，
类型：发明
国别省市：