一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜制造技术

本发明专利技术属于锂金属电池技术领域，具体涉及一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜，所述硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜是通过将氧化铝隔膜在硅烷类分子的水解液中浸泡、清洗和烘干后制得，所述硅烷类分子的水解液配置的硅烷类分子、去离子水和无水乙醇体积比分别为3

【技术实现步骤摘要】
一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜


[0001]本专利技术属于锂金属电池
，具体涉及一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜。

技术介绍

[0002]金属锂负极因其低的电位(相对于标准氢电极为
‑
3.04V)和高的理论容量(3860mA h g
‑1)得到了迅速的发展，有望成为下一代储能体系中的高容量密度电极材料。然而，由于金属锂枝晶的形成及其在循环过程中与电解质的反应，导致金属锂电池具有较差的循环性和潜在的安全性问题，这大大阻碍了金属负极的商业化发展和应用。金属锂电极表面覆盖着一层与电解液的反应产生的SEI膜，这层钝化的SEI膜可以保护内部的金属锂不再与电解液发生反应，以减少电解液和金属锂的消耗。但是在电池循环过程中，锂负极巨大的体积变化将导致SEI的重复断裂和再生。随着电池的循环次数的增加，SEI不断消耗锂和电解质，导致电池的库伦效率逐渐降低。另一方面，Li枝晶更加可能在SEI膜断裂处生长，而且SEI的断裂会加速Li枝晶的生长，最终产生大量的死锂。随着电池循环次数的增加，锂枝晶不断生长可能穿透隔膜，导致电池短路甚至爆炸等安全问题。因此，抑制锂枝晶的生长是实现金属锂电极商业化应用的重要的一步。大量的改性方法被设计和研究用于解决锂枝晶的形成和生长问题，其中包括优化电解液成分、构建人工SEI、使用先进的隔膜，制备固态电解质和设计三维骨架等。但仍然难以有效解决锂枝晶的生长问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的是在于解决所述技术问题，提供一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜，应用于保护锂金属阳极，解决了现有锂金属电池刚开始循环就产生Li随机沉积，并伴随有锂枝晶生成的问题。
[0004]本专利技术采用的技术方案是：
[0005]本专利技术提供一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜，具体是通过将氧化铝隔膜在硅基烷类的水解液中浸泡、清洗和烘干后制得。
[0006]作为优选，所述水解液是将硅烷类分子与水和无水乙醇以体积比3～4：6～7：90的比例混合，搅拌6～9h后制得。更优选体积比为3.5:6.5:90。更优选的具体搅拌方式为200r/min转速下搅拌3～4h，300r/min转速下搅拌2～3h，400r/min转速下搅拌1h。
[0007]作为优选，所述硅烷类分子为己基三乙氧基硅烷；更优选的所述己基三乙氧基硅烷纯度不低于97.0％(GC)。
[0008]作为优选，所述无水乙醇的纯度为分析纯(AR)，具体浓度在99.7％以上。
[0009]作为优选，本专利技术所述的氧化铝隔膜为商用Al2O3‑
PP隔膜，其PP基底为16μm厚，Al2O3涂层为4μm厚，隔膜共计20μm厚度。
[0010]作为优选，所述的氧化铝隔膜在硅烷类分子的水解液中浸泡时间不低于24h。更优选的，所述的氧化铝隔膜置入硅烷类分子的水解液中，置于40～60℃环境中保温24～48h，
更优选保温36～48h，更优选为在50℃环境中保温48h；再用无水乙醇和去离子水交替洗去杂质，烘干后得到硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜。更优选的烘干是在60℃温度下真空烘干10h。
[0011]本专利技术所述的使用硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜可通过如下步骤制备：
[0012](1)将去离子水和无水乙醇按体积比6～7：90的比例装入搅拌所用蓝盖瓶后，在H2O和O2浓度均小于0.01ppm的充氩手套箱内取用3～4体积比的硅基烷类分子加入瓶中，再将该溶液放置于搅拌台上进行6～8h搅拌，具体搅拌方式为200r/min转速下搅拌3～4h，300r/min转速下搅拌2～3h，400r/min转速下搅拌1h；
[0013](2)将压制成直径为19.5mm的氧化铝隔膜放入步骤(1)得到的水解液中，然后将水解液置于40～60℃环境中保温24～48h，以加快硅基烷类与隔膜表面氧化铝层的结合，将隔膜取出，用无水乙醇和去离子水交替各洗3次后放入真空烘箱中，在60℃温度下真空烘干10h，即得使用硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜；
[0014]更优选的，将水解液置于40～60℃环境中保温时间为36～48h；
[0015]更优选的，将水解液置于50℃环境中保温48h。
[0016]本专利技术所述的使用硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜用于锂金属电池，锂金属电池的装配采用常规方法。
[0017]本专利技术中利用硅基烷类来修饰氧化铝隔膜，可以通过在隔膜上形成特定基团，从而诱导特定SEI的形成，通过构建高导锂的SEI以实现锂离子的均匀沉积，延长锂电池的循环寿命。
[0018]与现有技术相比，本专利技术有益效果主要体现在：
[0019](1)本专利技术中以硅烷类分子作为氧化铝隔膜的涂覆修饰，在隔膜的氧化铝层形成有一定特殊阵列的修饰层，在电池的循环过程中诱导锂的均匀形核和生长，最终在电极上形成平坦的、无锂枝晶的表面。该方法极其简单有效。
[0020](2)本专利技术所述的氧化铝隔膜可以提高隔膜对电解液的润湿性，可以提高隔膜对锂离子的传导能力，所以作为液态锂金属电池的隔膜应用时表现出良好的循环性能和库伦效率。因此具有广阔的工业化应用市场前景。
附图说明
[0021]图1是实施例1的氧化铝隔膜和常规氧化铝隔膜所装配的磷酸铁锂锂金属电池的循环性能对比图；
[0022]图2是实施例1的氧化铝隔膜所装配的锂金属电池在50次循环后锂沉积的SEM图。
[0023]图3是常规氧化铝隔膜所装配的锂金属电池在50次循环后锂沉积的SEM图。
[0024]图4是实施例1的氧化铝隔膜和常规氧化铝隔膜所装配的锂金属电池在100次循环后的界面阻抗对比图。
[0025]图5是实施例1的氧化铝隔膜与常规醚类电解液的接触角。
[0026]图6是常规氧化铝隔膜与常规醚类电解液的接触角。
具体实施方式
[0027]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中
的技术方案进行清楚、完整地描述，但本专利技术的保护范围并不仅限于此。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0028]本专利技术所述室温为25
‑
30℃。
[0029]实施例1
[0030](1)将去离子水和无水乙醇按体积650μl和9ml的比例装入搅拌所用蓝盖瓶后，在H2O和O2含量均小于0.01ppm的充氩手套箱内取350μl硅基烷类装于洗净干燥的蓝盖瓶中，将蓝盖瓶带出手套箱至于搅拌台上，将搅拌台转速调整为200r/min，搅拌3h，在300r/min转速下搅拌2.5h，在400r/min转速下搅拌1h；搅拌完成后将提前准备好的氧化铝隔膜圆片浸入蓝盖瓶中，置于50℃环境中保温48h，将隔膜取出，用无水乙醇和去离子水交替各洗3次后放入真空烘箱中，在60℃温度下烘干10h，即得使用硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜。
[0031]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜，其特征在于：所述硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜是通过将氧化铝隔膜在硅烷类分子的水解液中浸泡、清洗和烘干后制得；所述硅烷类分子的水解液配置的硅烷类分子、水和无水乙醇体积比分别为3
‑
4:6
‑
7:90；所述的氧化铝隔膜在硅烷类分子的水解液中浸泡时间不低于24h。2.如权利要求1所述一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜，其特征在于：所述水解液配置比例为硅烷类分子、水和无水乙醇体积比分别为3.5:6.5:90。3.如权利要求1所述一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜，其特征在于：所述硅烷类分子的水解液是将硅烷类分子、水和无水乙醇按配料比配置完成的溶液放置于搅拌台上进行6～8h搅拌得到。4.如权利要求3所述一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜，其特征在于：具体搅拌方式为200r/min转速下搅拌3～4h，300r/min转速下搅拌2～3h，400r/min转速下搅拌1h。5.如权利要求1所述一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜，其特征在于：所述的硅烷类分子为己基三乙氧基硅烷。6.如权利要求1所述一种用于锂金属电池的硅烷类分子涂覆的氧化铝隔膜，其特征在于：所述的氧化铝隔膜为商用Al2O3‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘育京，徐浩，郑家乐，马聪，蔡肖涵，岳苛，段丹，林宗玺，王垚，佴建威，罗剑敏，陶新永，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：