【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，具体涉及一种具有螯合功能的隔膜及其制备方法与应用。
技术介绍
1、锂离子电池由于其高能量密度、高工作电压、长循环寿命等优势覆盖了消费电子、交通运输和电化学储能等主流领域。正极作为电池的关键部件之一，决定了电池电压、能量密度及安全性等。其中，镍钴锰三元材料、锰酸锂、磷酸锰铁锂以及富锂锰基等正极材料成为目前主流研究材料。但这些正极材料中的过渡金属，尤其是锰离子会从表面溶出，同时会通过电解液扩散并沉积在负极，这既造成了正极活性材料的损失，又钝化负极形成不稳定的sei膜，造成锂离子的损失和界面电阻增加。
2、隔膜是锂离子电池内部最为关键的部件之一，基本作用是分隔正、负极，防止两电极直接接触发生短路，同时使锂离子可在两电极间迁移，保证完整的电化学反应。另一方面，溶解在电解液中的过渡金属离子也会通过隔膜孔隙穿梭到负极侧。因此，使隔膜具有螯合功能，阻拦过渡金属离子且保证锂离子迁移尤为重要。目前常用方法是将过渡金属螯合剂直接加入陶瓷体系中混合涂覆在隔膜表面，螯合剂与陶瓷间仅靠粘结剂结合，螯合剂有脱落和污染电解液的风险。
技术实现思路
1、为了解决现在存在的螯合剂脱落和sei膜不稳定的问题，本专利技术提供了一种具有螯合功能的隔膜及其制备方法与应用。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种具有螯合功能的隔膜，其包括聚烯烃隔膜，以及设于所述聚烯烃隔膜至少一个表面的含吡咯烷酮的氰乙基聚乙烯醇复合凝胶涂层(pca-pva-c
4、所述含吡咯烷酮的氰乙基聚乙烯醇复合凝胶涂层由浆料涂于聚烯烃隔膜的表面形成，所述浆料由含吡咯烷酮的氰乙基聚乙烯醇(pca-pva-cn)和碳酸酯制备而成。
5、在上述技术方案中，本专利技术通过含吡咯烷酮的氰乙基聚乙烯醇复合凝胶涂层(pca-pva-cn)保护电解液不受污染和sei膜稳定，其中的吡咯烷酮对过渡金属离子具有非常强的螯合作用，限制了溶解在电解液中的过渡金属的穿梭。其次，氰乙基聚乙烯醇中极性的氰键(-c≡n)与碳酸酯分子中的羰基(c＝o)偶极-偶极相互作用，稳定了sei膜，进而保护电池负极。
6、进一步地，所述聚烯烃隔膜选自聚乙烯隔膜、聚丙烯隔膜中的一种或者两种组合的复合隔膜。
7、进一步地，所述浆料，按照质量份计，各组分添加量为：0.5～30份pca-pva-cn、100份碳酸酯。
8、更进一步地，所述浆料，按照质量份计，各组分添加量为：0.5～5份pca-pva-cn、100份碳酸酯。
9、根据本专利技术的一个实施例，所述浆料，按照质量份计，各组分添加量为：2份pca-pva-cn、100份碳酸酯。
10、根据本专利技术的一个实施例，所述浆料，按照质量份计，各组分添加量为：0.5份pca-pva-cn、100份碳酸酯。
11、根据本专利技术的一个实施例，所述浆料，按照质量份计，各组分添加量为：5份pca-pva-cn、100份碳酸酯。
12、更进一步地，所述pca-pva-cn采用酯化反应方法制备而成：
13、将氰乙基聚乙烯醇(pva-cn)、脱水剂二环己基碳二亚胺(dcc)和2-吡咯烷酮-5-羧酸(pca)依次加入n,n-二甲基甲酰胺(dmf)中，在催化剂4-二甲氨基吡啶(dmap)的作用下，在室温搅拌反应36-48h，过滤取清液，加水沉淀出聚合产物，将产物用dmf重新溶解后，再次在乙醇中沉淀，烘干后得到pca-pva-cn。
14、上述pca-pva-cn制备方法中，所述氰乙基聚乙烯醇(pva-cn)、脱水剂二环己基碳二亚胺(dcc)、2-吡咯烷酮-5-羧酸(pca)、4-二甲氨基吡啶的质量比依次为(7-10)：(16-20)：(10-20)：(0.4-0.8)，具体如7:16:(10-20):0.4。
15、所述氰乙基聚乙烯醇(pva-cn)的相对分子量为13000-25000，其中，氮含量为10-15％。
16、进一步地，所述碳酸酯选自碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸甲乙酯(emc)、碳酸二丙酯(dpc)、碳酸二苯酯(dphc)、碳酸二丁酯(dbc)和碳酸丁烯酯(bc)中的至少两种。
17、根据本专利技术的一个实施例，所述碳酸酯选自碳酸乙烯酯(ec)和碳酸甲乙酯(emc)按照体积比1：2形成的混合溶剂。
18、进一步地，所述聚烯烃隔膜的厚度可为5-20μm。
19、进一步地，所述复合凝胶涂层的厚度可为1-5μm，涂层面密度为0.1-10g/m2。
20、本专利技术还提供了上述具有螯合功能的隔膜的制备方法。
21、本专利技术所提供的具有螯合功能的隔膜的制备方法，包括以下步骤：
22、将pca-pva-cn加入碳酸酯中形成均匀浆料，然后将所述浆料涂覆在所述聚烯烃隔膜的表面后，进行热交联反应，制得所述改性聚烯烃隔膜。
23、上述方法中，所述热交联反应的反应温度为60-80℃，反应时间为2-3小时。
24、进一步地，所述涂覆可采用辊涂、点涂、喷涂或条涂涂覆工艺。
25、本专利技术还提供了上述具有螯合功能的隔膜在制备锂离子电池中的应用。
26、本专利技术还保护一种锂离子电池，其包括本专利技术提供的具有螯合功能的隔膜。
27、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
28、本专利技术所涉及的2-吡咯烷酮-5-羧酸(pca)中-nh和-c＝o是较稳定的金属螯合构象，其中，mn2+与pca之间具有强离子偶极相互作用，能更好的耦合mn2+。
29、本专利技术涉及极性氰乙基聚乙烯醇，通过氰乙基聚乙烯醇中的氰基(-c≡n)与碳酸酯分子中羰基(c＝o)偶极-偶极相互作用有效地降低电解质中游离碳酸酯分子反应活性，并通过聚乙烯醇链段参与负极形成聚乙烯醇改性的sei膜，有效保护了电池的负极，降低了来自正极的过渡金属离子的腐蚀。本专利技术可通过改变pca和pva-cn配比，来控制螯合剂的螯合性能。
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1.一种具有螯合功能的隔膜，其包括聚烯烃隔膜，以及设于所述聚烯烃隔膜至少一个表面的含吡咯烷酮的氰乙基聚乙烯醇复合凝胶涂层；
2.根据权利要求1所述的具有螯合功能的隔膜，其特征在于：所述浆料，按照质量份计，各组分添加量为：0.5-30份PCA-PVA-CN、100份碳酸酯。
3.根据要求2所述的具有螯合功能的隔膜，其特征在于：所述PCA-PVA-CN采用酯化反应方法制备而成，具体如下：将氰乙基聚乙烯醇、脱水剂二环己基碳二亚胺和2-吡咯烷酮-5-羧酸依次加入N,N-二甲基甲酰胺中，在催化剂4-二甲氨基吡啶的作用下，在室温搅拌反应36-48h，过滤取清液，加水沉淀出聚合产物，将产物用DMF重新溶解后，再次在乙醇中沉淀，烘干后得到PCA-PVA-CN。
4.根据权利要求3所述的具有螯合功能的隔膜，其特征在于：所述氰乙基聚乙烯醇、脱水剂二环己基碳二亚胺、2-吡咯烷酮-5-羧酸、4-二甲氨基吡啶的质量比依次为(7-10)：(16-20)：(10-20)：(0.4-0.8)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的具有螯合功能的隔膜，其特征在于：所
6.根据权利要求1-4中任一项所述的具有螯合功能的隔膜，其特征在于：所述碳酸酯选自碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸二苯酯(DPhC)、碳酸二丁酯(DBC)和碳酸丁烯酯(BC)中的至少两种。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的具有螯合功能的隔膜，其特征在于：
8.权利要求1-7中任一项所述的具有螯合功能的隔膜的制备方法，包括以下步骤：将所述PCA-PVA-CN加入碳酸酯中形成均匀浆料，然后将所述浆料涂覆在所述聚烯烃隔膜的表面后，进行热交联反应，制得所述改性聚烯烃隔膜。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述热交联反应的反应温度为60-80℃，反应时间为2-3小时；
10.一种锂离子电池，其包括权利要求1-7任一项所述的具有螯合功能的隔膜。
...【技术特征摘要】
1.一种具有螯合功能的隔膜，其包括聚烯烃隔膜，以及设于所述聚烯烃隔膜至少一个表面的含吡咯烷酮的氰乙基聚乙烯醇复合凝胶涂层；
2.根据权利要求1所述的具有螯合功能的隔膜，其特征在于：所述浆料，按照质量份计，各组分添加量为：0.5-30份pca-pva-cn、100份碳酸酯。
3.根据要求2所述的具有螯合功能的隔膜，其特征在于：所述pca-pva-cn采用酯化反应方法制备而成，具体如下：将氰乙基聚乙烯醇、脱水剂二环己基碳二亚胺和2-吡咯烷酮-5-羧酸依次加入n,n-二甲基甲酰胺中，在催化剂4-二甲氨基吡啶的作用下，在室温搅拌反应36-48h，过滤取清液，加水沉淀出聚合产物，将产物用dmf重新溶解后，再次在乙醇中沉淀，烘干后得到pca-pva-cn。
4.根据权利要求3所述的具有螯合功能的隔膜，其特征在于：所述氰乙基聚乙烯醇、脱水剂二环己基碳二亚胺、2-吡咯烷酮-5-羧酸、4-二甲氨基吡啶的质量比依次为(7-10)：(16-20)：(10-20)：(0.4-0.8)。
5.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：何华龙，陈萌，谢贤莉，李帅，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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