电池隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种电池隔膜及其制备方法和应用，涉及电池技术领域。本发明专利技术提供的电池隔膜，包括隔膜基体和附着于隔膜基体上的静电纺丝膜；静电纺丝膜主要由前驱体溶液经静电纺丝制备得到；前驱体溶液为含有高分子材料、富锂添加剂和碳纳米管的有机溶液；高分子材料、富锂添加剂和碳纳米管的质量比为3:(4～8):(0.5～2)。以该电池隔膜制备锂离子电池有助于提高锂离子电池的能量密度；加快电解液在电池中的浸润性，提高电池的保液量；降低电池的电荷转移电阻；有效解决了在正极材料中添加补锂剂而导致的电池循环容量保持率降低的问题。剂而导致的电池循环容量保持率降低的问题。剂而导致的电池循环容量保持率降低的问题。

【技术实现步骤摘要】
电池隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电池
，尤其是涉及一种电池隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在锂离子电池制造过程中，普遍存在一个问题：在锂离子电池首次充电过程中，有机电解液在石墨等负极材料的表面进行还原分解，形成一层固态电解质界面膜(SEI)，而这个SEI膜的形成会造成正极材料中锂的消耗，这个过程是不可逆转的，造成了首次循环的库伦效率偏低，降低了锂离子电池的容量及能量密度。因此，如何弥补在SEI膜形成过程中消耗的锂离子，一直是锂电行业的产品的开发目标。
[0003]目前主流的补锂方案可以分为两大类：一是负极补锂，主要是惰性金属锂粉，金属锂箔或锂的化合物；二是正极补锂，主要是一些含锂氧化物。相比于高难度、高投入的负极补锂工艺，正极补锂更加容易，典型的正极补锂的工艺是在正极匀浆的过程中，向其中添加少量的高容量正极材料，在充电的过程中，多余的Li元素从这些高容量正极材料脱出，嵌入到负极中补充首次充放电的不可逆容量。
[0004]CN 113972368B公开了一种高稳定性纤维状锂离子电池正极补锂材料及其制备和应用，以含锂化合物、导电添加剂、高分子聚合物作为溶质X和溶剂A混和均匀，作为补锂材料溶液，经静电纺丝工艺，制备高稳定性纤维状锂离子电池正极补锂材料。CN 113991101A公开了一种在磷酸铁锂正极片中添加富锂锰基材料进行补锂的方法，采用阶跃电流与恒压限流相组合方式对电池进行预充化成来实现补锂。CN 110294494A公开了钒酸锂正极补锂添加剂为LiVO3、Li3VO4、Li2VO3、LiV3O8、Li4V3O8中的至少一种，将其添加到正极浆料中，与正极活性材料、超级导电炭黑、聚偏氟乙烯按比例溶于氮甲基吡咯烷酮一起匀浆后涂敷在铝箔上。然而，这些补锂剂的导电性能不佳，加入正极材料中后会降低材料的性能，在释放锂离子后，补锂剂的残留物会进一步降低材料的性能。
[0005]锂离子电池通常包括正极、负极、隔膜、电解液和壳体，隔膜的选择对电池性能有着很大的影响，静电纺丝法是制备锂离子电池隔膜的新的发展趋势。CN 115377612B和CN 114687058A公开了一种静电纺丝制备纳米纤维膜的方法，但是，目前静电纺丝法制备的隔膜，机械强度较差，力学性能较差，与此同时，相同条件下，使用静电纺丝隔膜的同时，降低了电池的体积能量密度。
[0006]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的第一目的在于提供一种电池隔膜，以期解决现有的正极补锂材料残留物对电池性能的影响，以及解决上述问题中的至少一种。
[0008]本专利技术的第二目的在于提供上述电池隔膜的制备方法。
[0009]本专利技术的第三目的在于提供上述电池隔膜在制备锂离子电池中的应用。
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种电池隔膜，包括隔膜基体和附着于隔膜基体上的静
电纺丝膜；
[0011]所述静电纺丝膜主要由前驱体溶液经静电纺丝制备得到；
[0012]所述前驱体溶液为含有高分子材料、富锂添加剂和碳纳米管的有机溶液；
[0013]所述高分子材料、富锂添加剂(LFO)和碳纳米管(CNT)的质量比为3:(4～8):(0.5～2)；
[0014]所述富锂添加剂包括铁酸锂、氮化锂、锰酸锂、钴酸锂或硫化锂。
[0015]作为进一步技术方案，所述隔膜基体包括聚丙烯膜(PP隔膜)微孔隔膜或聚乙烯微孔隔膜(PE隔膜)。
[0016]作为进一步技术方案，所述高分子材料包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)或者聚丙烯晴(PAN)。
[0017]作为进一步技术方案，所述有机溶液包括N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)、乙醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。
[0018]作为进一步技术方案，所述高分子材料、富锂添加剂和碳纳米管的质量比为3:6:1。
[0019]作为进一步技术方案，所述前驱体溶液中溶质的浓度为2～5g/mL。
[0020]第二方面，本专利技术提供了上述电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0021]将所述前驱体溶液静电纺丝至隔膜基体上，制备得到电池隔膜。
[0022]作为进一步技术方案，所述前驱体溶液的制备方法包括：向有机溶液中添加所述高分子材料，待高分子材料溶解后添加所述富锂添加剂，待富锂添加剂溶解后添加所述碳纳米管，待碳纳米管溶解后制备得到前驱体溶液。
[0023]作为进一步技术方案，采用静电纺丝机进行静电纺丝；
[0024]所述静电纺丝的参数包括：正极电压为11～15KV；负极电压为
‑
4～
‑
2KV；隔膜基体和喷头之间的距离为11～15cm。
[0025]第三方面，本专利技术提供了上述电池隔膜在制备锂离子电池中的应用。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0027]本专利技术提供的电池隔膜，含有富锂添加剂，以其制备锂离子电池有助于提高锂离子电池的能量密度；加快电解液在电池中的浸润性，提高电池的保液量；降低电池的电荷转移电阻；有效解决了在正极材料中添加补锂剂而导致的电池循环容量保持率降低的问题。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为实施例1提供的电池隔膜的SEM图；
[0030]图2为本专利技术电池隔膜和PP隔膜的接触角结果；
[0031]图3为对比例2提供的电池隔膜的SEM图；
[0032]图4为试验例4提供的电化学阻抗谱图；
[0033]图5为电池A和电池B的电池循环衰减结果；
[0034]图6为电池A和电池B的电化学阻抗谱图；
[0035]图7为电池A和电池D的电池循环衰减结果；
[0036]图8为电池A和电池C的电池循环衰减结果。
具体实施方式
[0037]下面将结合实施方式和实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。基于本专利技术中的实施例，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。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。
[0038]第一方面，本专利技术提供了一种电池隔膜，包括隔膜基体和附着于隔膜基体上的静电纺丝膜；
[0039]所述静电纺丝膜主要由前驱体溶液经静电纺丝制备得到；
[0040]所述前驱体溶液为含有高分子材料、富锂添加剂和碳纳米管的有机溶液；
[0041]所述高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池隔膜，其特征在于，包括隔膜基体和附着于隔膜基体上的静电纺丝膜；所述静电纺丝膜主要由前驱体溶液经静电纺丝制备得到；所述前驱体溶液为含有高分子材料、富锂添加剂和碳纳米管的有机溶液；所述高分子材料、富锂添加剂和碳纳米管的质量比为3:(4～8):(0.5～2)；所述富锂添加剂包括铁酸锂、氮化锂、锰酸锂、钴酸锂或硫化锂。2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述隔膜基体包括聚丙烯膜微孔隔膜或聚乙烯微孔隔膜。3.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述高分子材料包括聚乙烯吡咯烷酮或者聚丙烯晴。4.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述有机溶液包括N
‑
甲基吡咯烷酮、乙醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺或二甲基乙酰胺。5.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述高分子材料、富锂添加剂和碳纳米管的质量比为3:6:1。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：马志远，张凤阳，杨亦双，付永胜，杨庆亨，
申请(专利权)人：江苏中兴派能电池有限公司，
类型：发明
国别省市：