一种补锂复合隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种补锂复合隔膜及其制备方法和应用。所述补锂复合隔膜包括基膜以及设置在基膜一侧的补锂涂层；所述补锂涂层的浆料按照重量份计包括补锂剂90

【技术实现步骤摘要】
一种补锂复合隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于隔膜材料
，具体涉及一种补锂复合隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]固态电解质膜(Solid Electrolyte Interphases，简写为SEI膜)对锂离子电池的性能具有非常重要的影响，其对电芯后期的循环性能、日历存储寿命，甚至对于电芯自放电性能和安全性能也存在积极意义。
[0003]SEI膜的组成复杂，并处于亚稳定状态，其在形成过程中将消耗大量的活性锂离子，并且主要发生在首次循环过程。一般来说，活性锂的损失会导致正极材料中的锂永久性丢失，进而使得电池的可用容量不断减少。预锂化技术能够补偿负极材料表面形成SEI膜中的锂离子损失，从而提高电池的初始库伦效率、循环容量、循环寿命和实际能量密度，并通过人为调控形成更为稳定的SEI膜，有助于减少电解液中锂离子的消耗，同时降低正极材料中活性锂离子的损失，进而提高锂离子电池的首次库伦效率。
[0004]目前公开的补锂技术主要包括正极补锂、负极补锂和隔膜补锂三个方面，具体如下：
[0005]正极补锂技术：正极补锂的具体过程为在正极材料中加入少量补锂添加剂，采用正极补锂技术无需改变原有的生产工艺，成本低廉，且避免了金属锂的直接使用，提高了电池的安全性能。然而，正极补锂添加剂的预锂效率较低，并且往往会增加正极材料的阻抗和电池温升，降低正极材料的克容量发挥。此外，正极补锂技术对补锂剂的要求较高，目前商业化补锂剂的应用种类较少。
[0006]负极补锂技术：负极补锂的具体过程为在负极表面增加金属锂，常用的负极补锂方法主要包括锂粉掺杂补锂技术、超薄锂带辊压补锂技术、聚合物包覆的金属锂材料进行预锂化，以及金属锂与络合剂发生反应对负极表面进行化学预锂化等。负极预锂化技术能够显著提高负极材料的首次库仑效率，进而提升电池的电化学储能装置的能量效率。但是，使用金属锂存在安全隐患，并且负极补锂技术工艺繁琐，且对环境的要求高以及成本昂贵。
[0007]隔膜补锂技术：隔膜补锂的具体过程为在电极材料之间采用双层隔膜，两层隔膜之间加入金属锂作为第三电极，但是这种补锂方法导致正负极之间的阻抗增加以及隔膜的用量增加，故其实用性较差。此外，现有技术还公开了利用负极充电析锂，收集负极表面的锂枝晶并球磨，然后将其与粘结剂、有机溶剂混合制成混合液，涂覆在隔膜的表面，但是上述方法操作复杂，并且锂枝晶对环境要求较高，也容易刺穿隔膜，存在较高的安全风险。
[0008]因此，在本领域中，亟需开发一种操作简单且安全的可持续补锂技术，其能够提高电池的电化学性能。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种补锂复合隔膜及其制备方法和
应用。本专利技术提供的补锂复合隔膜不仅避免了金属锂的直接使用，同时还不会增加正极材料的阻抗，并兼具良好的耐高温性能、对电解液的浸润性能以及机械性能。
[0010]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供一种补锂复合隔膜，所述补锂复合隔膜包括基膜以及设置在基膜一侧的补锂涂层；
[0012]所述补锂涂层的浆料按照重量份计包括补锂剂90
‑
92质量份、添加剂4
‑
6质量份、粘结剂组合物0.3
‑
0.5质量份、流平剂0.1
‑
0.3质量份和溶剂2
‑
4质量份。
[0013]本专利技术提供的补锂复合隔膜不会损害正极片的结构，也不会影响正极片和负极片的加工工艺，其中补锂剂和添加剂之间具有协同增效补锂效果，同时能够综合提高隔膜的浸润性能、热稳定性、保液能力以及机械强度，尤其适用于碳基负极材料、硅基负极材料以及硅碳复合负极材料的商业化应用。
[0014]本专利技术提供一种补锂复合隔膜，无需改变原有的电池生产工艺，成本低廉；其不仅避免了金属锂的直接使用，电池的安全性和可靠性相比于以往的负极补锂技术有明显提升；同时无需在正极片中直接添加补锂添加剂，从而避免了补锂添加剂在脱锂后产生残留、正极浆料凝胶化以及正极片难以脱膜等问题。此外，补锂复合隔膜能够在首次充电时提供锂源，以此补偿负极材料形成SEI膜所消耗的锂离子，进而提高锂离子电池的首次库伦效率和电池容量，并且能够实现缓慢持续地补锂。
[0015]在本专利技术中，所述补锂涂层的浆料按照重量份计包括补锂剂90
‑
92质量份(例如可以为90质量份、90.5质量份、91质量份、91.5质量份、92质量份等)、添加剂4
‑
6质量份(例如可以为4质量份、4.5质量份、5质量份、5.5质量份、6质量份等)、粘结剂组合物0.3
‑
0.5质量份(例如可以为0.3质量份、0.35质量份、0.4质量份、0.45质量份、0.5质量份等)、流平剂0.1
‑
0.3质量份(例如可以为0.1质量份、0.15质量份、0.2质量份、0.25质量份、0.3质量份等)和溶剂2
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4质量份(例如可以为2质量份、2.5质量份、3质量份、3.5质量份、4质量份等)。
[0016]在本专利技术中，通过调整补锂涂层的浆料中各组分的重量份数，能够调整浆料的粘度和固含量，调节补锂效果，防止补锂层掉料等。
[0017]优选地，所述补锂涂层的厚度为2
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4μm，例如可以为2μm、3μm、4μm等。
[0018]优选地，所述补锂剂包括Li2C2O4、Li2C2O2N2或Li3C6H5O7中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]在本专利技术中，采用上述特定种类的有机补锂剂，能够补充锂离子电池首圈容量不可逆损失，使得容量能够提高幅度为3～6％。
[0020]优选地，所述添加剂包括LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiSO3CF3或LiTFSI中的任意一种或至少两种的组合。
[0021]优选地，所述粘结剂组合物包括聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素锂的组合。
[0022]在本专利技术中，采用上述粘结剂组合物，不影响隔膜加工性能，同时提高隔膜浸润性、热稳定性以及吸收电解液的能力。
[0023]优选地，所述聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素锂的质量比为3:2。
[0024]优选地，所述流平剂包括十二烷基苯磺酸锂和/或聚二甲基硅氧烷。
[0025]优选地，所述溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮。
[0026]优选地，所述基膜包括聚乙烯基膜、聚丙烯基膜、聚酰亚胺基膜、聚对苯二甲酸乙
二醇酯基膜、纤维素基膜或聚合物固态电解质膜中的任意一种或至少两种的组合。
[0027]优选地，所述聚合物固态电解质膜包括聚氧化乙烯、聚苯胺、聚吡咯或乙烯丙烯酸共聚物中的任意一种或至少两种的组合。
[0028]优选地，所述基膜的厚度为7
‑
10μm，例如可以为7μm、8μm、9μm、10μm等。
[0029]优选地，所述补锂复合隔膜中补锂涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种补锂复合隔膜，其特征在于，所述补锂复合隔膜包括基膜以及设置在基膜一侧的补锂涂层；所述补锂涂层的浆料按照重量份计包括补锂剂90
‑
92质量份、添加剂4
‑
6质量份、粘结剂组合物0.3
‑
0.5质量份、流平剂0.1
‑
0.3质量份和溶剂2
‑
4质量份。2.根据权利要求1所述的补锂复合隔膜，其特征在于，所述补锂涂层的厚度为2
‑
4μm。3.根据权利要求1或2所述的补锂复合隔膜，其特征在于，所述补锂剂包括Li2C2O4、Li2C2O2N2或Li3C6H5O7中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述添加剂包括LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiSO3CF3或LiTFSI中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的补锂复合隔膜，其特征在于，所述粘结剂组合物包括聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素锂的组合；优选地，所述聚偏氟乙烯和羧甲基纤维素锂的质量比为3:2；优选地，所述流平剂包括十二烷基苯磺酸锂和/或聚二甲基硅氧烷；优选地，所述溶剂包括N
‑
甲基吡咯烷酮。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的补锂复合隔膜，其特征在于，所述基膜包括聚乙烯基膜、聚丙烯基膜、聚酰亚胺基膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯基膜、纤维素基膜或聚合物固态电解质膜中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述聚合物固态电解质膜包括聚氧化乙烯、聚苯胺、聚吡咯或乙烯丙烯酸共聚物中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述基膜的厚度为7
‑
10μm。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的补锂复合隔膜，其特征在于，所述补锂复合隔膜中补锂涂层一面设置在负极一侧，未设置补锂涂层一面设置在正极一侧。7.一种制备根据权利要求1
‑
6中任一项所述的补锂复合隔膜的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将第一粘结剂和溶剂进行一次混合，一次抽真空后依次进行一次公转、一次自转和一...

【专利技术属性】
技术研发人员：王礼军，李文成，方刚，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：