一种锂电池用阻燃隔膜、固态电解质界面层及电池制造技术

技术编号：40437869 阅读：7 留言：0更新日期：2024-02-22 23:01

一种锂电池用阻燃隔膜，包括多孔隔膜基底和形成在所述多孔隔膜基底上的阻燃层，所述阻燃层含有粘结剂和二乙基次磷酸铝，所述二乙基次磷酸铝在所述阻燃层的占比为30wt％～98wt％。一种固态电解质界面层，是由所述锂电池用阻燃隔膜与锂电池负极接触，并在电化学充放电过程中发生原位反应形成的固态电解质界面层。一种电池，括正极、负极、所述锂电池用阻燃隔膜和电解液，所述锂电池用阻燃隔膜与所述负极物理接触，所述锂电池用阻燃隔膜与所述负极之间在电化学充放电过程中发生原位反应形成固态电解质界面层。使用该阻燃隔膜的锂金属电池表现出了高库仑效率、高循环稳定性和长循环寿命，且高温性能良好。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池技术，特别是涉及一种锂电池用阻燃隔膜、固态电解质界面层及电池。

技术介绍

1、锂离子电池具有自放电程度低、无记忆效应、能量密度高、循环寿命长等诸多优点，在消费电子、储能和新能源等领域具有广泛的应用。随着锂离子电池的应用场景不断地扩展和人们对储能密度的要求越来越高，以石墨材料为负极的传统锂离子电池体系的能量密度已接近理论极限。锂金属负极因其低密度、低氧化还原电位和高比容量等优点而被认为是最具潜力下一代锂电池负极材料之一。然而其低库仑效率、体积膨胀、循环寿命差、安全性差等问题阻碍了其大规模应用。研究发现，有机电解液和锂金属反应生成的固态电解质界面(sei)层钝化能力差、机械性能差等缺点是导致上述问题的关键因素。此外，由于锂金属负极本身的高活性和锂枝晶容易生长的问题导致锂金属负极电池比传统石墨负极的锂离子电池面临着更大的安全风险。

2、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本专利技术的主要目的在于克服上述
技术介绍
的缺陷，提供一种锂电池用阻燃隔膜、固态电解质界面层及电池。

2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：

3、一种锂电池用阻燃隔膜，包括多孔隔膜基底和形成在所述多孔隔膜基底上的阻燃层，所述阻燃层含有粘结剂和二乙基次磷酸铝，所述二乙基次磷酸铝在所述阻燃层的占比为30wt％～98wt％。

4、进一步地：</p>

5、所述多孔隔膜基底为pp隔膜或pe隔膜，包括一层或多层隔膜。

6、所述阻燃层的厚度为2～10微米。

7、所述粘结剂包括聚丙烯酸、聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯，所述二乙基次磷酸铝在所述阻燃层的占比为60wt％～95wt％。

8、一种固态电解质界面层，是由所述的锂电池用阻燃隔膜与锂电池负极接触，并在电化学充放电过程中发生原位反应形成的固态电解质界面层。

9、进一步地：

10、所述固态电解质界面层含有含铝无机盐、含磷无机盐和锂铝合金。

11、所述锂电池负极包括金属负极，所述金属负极包括碱金属负极或铜负极，所述碱金属包括金属锂、金属钠或金属钾。

12、所述碱金属为金属锂，所述含铝无机盐包括li-al-o和lialo2中的至少一种；所述含磷无机盐包括li3po4、li3p和lipo3中的至少一种。

13、一种电池，括正极、负极、所述的锂电池用阻燃隔膜和电解液，所述锂电池用阻燃隔膜与所述负极物理接触，所述锂电池用阻燃隔膜与所述负极之间在电化学充放电过程中发生原位反应形成固态电解质界面层。

14、进一步地：

15、所述电解液为以六氟磷酸锂为锂盐的酯类电解液，以双氟甲基磺酰亚胺锂为锂盐的醚类电解液，或者以双三氟甲基磺酰亚胺锂为锂盐的醚类电解液。

16、本专利技术具有如下有益效果：

17、本专利技术提出一种锂电池用阻燃隔膜，包括多孔隔膜基底和形成在所述多孔隔膜基底上的阻燃层，所述阻燃层含有粘结剂和二乙基次磷酸铝。该阻燃隔膜能够同时提高电池安全性和循环性能。实验研究表明，本专利技术的隔膜具有出色的阻燃性，能够有效降低电池起火的安全风险。此外，该隔膜所负载的二乙基次磷酸铝阻燃剂能够在电化学反应过程中原位生成富含含铝无机盐、含磷无机盐和锂铝合金的固态电解质界面层，该界面层具有高机械模量、高离子电导率和出色的钝化能力。将该阻燃隔膜应用于锂金属电池尤其有利。该阻燃隔膜在匹配诸如锂金属负极时，在电化学循环中能原位生成富含无机组分的固态电解质界面(sei)层，该sei层富含含磷无机组分和含铝无机组分，因此具有高机械模量，能够有效地抑制锂枝晶的生长，同时具有良好的钝化锂金属负极的能力和较高的离子电导率。使用该阻燃隔膜的锂金属电池表现出了高库仑效率、高循环稳定性和长循环寿命，且高温性能良好。本专利技术具有成本低、可加工性好、生产工艺简单等优点，能够同时提高锂金属电池的循环性能和安全性。

18、本专利技术实施例中的其他有益效果将在下文中进一步述及。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种锂电池用阻燃隔膜，其特征在于，包括多孔隔膜基底和形成在所述多孔隔膜基底上的阻燃层，所述阻燃层含有粘结剂和二乙基次磷酸铝，所述二乙基次磷酸铝在所述阻燃层的占比为30wt％～98wt％。

2.如权利要求1所述的锂电池用阻燃隔膜，其特征在于，所述多孔隔膜基底为PP隔膜或PE隔膜，包括一层或多层隔膜。

3.如权利要求1或2所述的锂电池用阻燃隔膜，其特征在于，所述阻燃层的厚度为2～10微米。

4.如权利要求1至3任一项所述的锂电池用阻燃隔膜，其特征在于，所述粘结剂包括聚丙烯酸、聚偏氟乙烯或聚偏氟乙烯-六氟丙烯，所述二乙基次磷酸铝在所述阻燃层的占比为60wt％～95wt％。

5.一种固态电解质界面层，其特征在于，是由如权利要求1至5任一项所述的锂电池用阻燃隔膜与锂电池负极接触，并在电化学充放电过程中发生原位反应形成的固态电解质界面层。

6.根据权利要求5所述的固态电解质界面层，其特征在于，所述固态电解质界面层含有含铝无机盐、含磷无机盐和锂铝合金。

7.根据权利要求5或6所述的固态电解质界面层，其特征在于，所述锂电

8.根据权利要求7所述的固态电解质界面层，其特征在于，所述碱金属为金属锂，所述含铝无机盐包括Li-Al-O和LiAlO2中的至少一种；所述含磷无机盐包括Li3PO4、Li3P和LiPO3中的至少一种。

9.一种电池，其特征在于，包括正极、负极、如权利要求1至5中任一项所述的锂电池用阻燃隔膜和电解液，所述锂电池用阻燃隔膜与所述负极物理接触，所述锂电池用阻燃隔膜与所述负极之间在电化学充放电过程中发生原位反应形成固态电解质界面层。

10.如权利要求9所述的电池，其特征在于，所述电解液为以六氟磷酸锂为锂盐的酯类电解液，以双氟甲基磺酰亚胺锂为锂盐的醚类电解液，或者以双三氟甲基磺酰亚胺锂为锂盐的醚类电解液。

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【技术特征摘要】

2.如权利要求1所述的锂电池用阻燃隔膜，其特征在于，所述多孔隔膜基底为pp隔膜或pe隔膜，包括一层或多层隔膜。

3.如权利要求1或2所述的锂电池用阻燃隔膜，其特征在于，所述阻燃层的厚度为2～10微米。

6.根据权利要求5所述的固态电解质界面层，其特征在于，所述固态...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺艳兵，陈立坤，谷添，柳明，马家宾，杨科，米金硕，李宇航，安旭飞，蒋克林，王翠翠，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：

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