【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池，具体涉及一种磁性人工sei膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂二次电池作为移动终端的储能产品已经得到了广泛的应用，同时，锂二次电池的运用范围也进一步向电动汽车、大型储能站、航空航天等领域扩展，这也对锂电池在能量密度、功率密度、使用寿命及安全性等方面提出了更高的要求。然而，金属锂负极材料在快速充放电过程中会发生不均匀的沉积和剥离，引起锂枝晶的生长和凹坑的产生，并造成锂的粉化、“死锂”的生成以及体积膨胀等问题，这不仅带来了极大的安全隐患，也阻碍了锂金属电池的商业化应用。而锂负极表面自发生成的固态电解质界面(sei)膜在锂的沉积/剥离过程中起着举足轻重的作用，直接关系到上述一系列问题的发生，并影响电池的各项电化学性能。
2、固态电解质界面层是电极与电解质之间的“屏障”。它是在充放电过程中，由电解质发生副反应而在锂负极表面形成的薄膜。虽然sei膜的产生增加了锂离子传输的步骤，但稳定致密的sei膜具有高离子电导率和低电子电导率。它可以作为“钝化层”来抑制电解质的进一步分解。同时，理想的sei膜能够防止电极的腐蚀并适应锂负极的体积变化。然而，在传统电解液体系的电池中，锂金属表面自发生成的sei膜离子传导率低，组成及厚度不均匀，且机械强度和柔韧性较差。这不仅造成锂负极表面体积和形貌的剧烈变化，还不利于后续的均匀沉积和剥离，促使电解质和“锂源”的不断消耗，导致电池能量密度的下降，并缩短了电池的使用寿命。
3、针对上述充放电过程中电极表界面不稳定的问题，研究者们从不同的角度出发改善sei膜在充
4、因此，开发一种具有高离子电导率和高弹性模量、有利于提高锂离子电池的充放电性能、库仑效率及循环性能，且安全性高的磁性人工sei膜，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种磁性人工sei膜及其制备方法和应用。所述磁性人工sei膜，通过选用聚合物与磁性颗粒复配，解决了金属二次电池自发生成的sei膜在充放电过程中离子传导率低、易破裂等带来的电池容量保持率低，循环周期短、安全性差等问题；所述磁性人工sei膜具有优异的机械性能，离子电导率高；使得包括所述磁性人工sei膜的电池具有优异的循环性能和库伦效率，且安全性高，避免采用含锂氧化剂，如高锰酸锂等，使用过程中分解生成氧气，从而引发的安全性问题。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种磁性人工sei膜，所述磁性人工sei膜的材料包括聚合物和磁性颗粒。
4、本专利技术中，所述磁性人工sei膜包括聚合物和磁性颗粒，使得阳离子不仅能通过聚合物的链段运动实现传质，还能够通过磁性颗粒与聚合物间的界面进行传输，增加了阳离子的传输通道，提高阳离子在sei膜中的传导率，实现阳离子的均匀沉积和剥离；同时，通过磁性颗粒在电极表界面处产生磁场削弱阳离子的浓度梯度，抑制了金属枝晶在电极表面的生成，磁性sei膜较原生的sei膜具有更高的弹性模量，能够抑制枝晶刺穿sei膜，保持了界面的完整性，大幅度提高了电池的循环性能和库伦效率，降低了容量损耗，延长了使用寿命。
5、优选地，所述聚合物与磁性颗粒的质量比为(6～100):1，例如可以为8:1、10:1、15:1、20:1、25:1、30:1、35:1、40:1、45:1、50:1、55:1、60:1、65:1、70:1、75:1、80:1、85:1、90:1、95:1等。
6、本专利技术中，所述聚合物与磁性颗粒在特定的范围内，sei膜的完整度最高，库伦效率更优。
7、优选地，所述聚合物包括聚偏二氟乙烯和/或聚氧化乙烯。
8、优选地，所述磁性颗粒包括γ-fe2o3和/或fe3o4。
9、优选地，所述磁性颗粒的粒径为5～100nm，例如可以为10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm等。
10、优选地，所述磁性颗粒被聚合物包覆其中以及镶嵌于sei膜表面。
11、优选地，被聚合物包覆的磁性颗粒的质量占磁性颗粒总质量的70％及以上，例如可以为70％、75％、80％、85％、90％、95％等。
12、优选地，所述磁性人工sei膜的厚度为500nm～2μm，例如可以为600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1200nm、1400nm、1600nm、1800nm等。
13、第二方面，本专利技术提供一种根据第一方面所述的磁性人工sei膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
14、将聚合物与磁性颗粒混合后，涂覆至基材表面，施加磁场，得到所述磁性人工sei膜。
15、优选地，所述混合在溶剂中进行。
16、本专利技术中，所述溶剂包括但不限于n-甲基吡咯烷酮。
17、优选地，所述混合后还包括进行均质分散的步骤。
18、优选地，所述均质分散的转速为(0.5～1.5)×105rpm，例如可以为0.6×105rpm、0.8×105rpm、1×105rpm、1.2×105rpm、1.4×105rpm等。
19、优选地，所述均质分散的时间＞1h，例如可以为2h、3h、4h、5h、6h、8h、10h等。
20、本专利技术中，所述均质分散至溶液中没有明显团聚部分。
21、优选地，所述涂覆的厚度为100～150μm，例如可以为110μm、120μm、130μm、140μm等。
22、本专利技术中，所述涂覆的厚度指涂覆的浆料的厚度。
23、优选地，所述涂覆至基材表面后还包括干燥的步骤。
24、优选地，所述干燥在真空干燥箱和/或电热板上进行。
25、优选地，所述干燥的温度≥60℃，例如可以为65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃等。
26、优选地，所述干燥的时间＞24h，例如本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁性人工SEI膜，其特征在于，所述磁性人工SEI膜的材料包括聚合物和磁性颗粒。
2.根据权利要求1所述的磁性人工SEI膜，其特征在于，所述聚合物与磁性颗粒的质量比为(6～100):1。
3.根据权利要求1或2所述的磁性人工SEI膜，其特征在于，所述聚合物包括聚偏二氟乙烯和/或聚氧化乙烯；
4.根据权利要求1～3任一项所述的磁性人工SEI膜，其特征在于，所述磁性颗粒被聚合物包覆其中以及镶嵌于SEI膜表面；
5.一种根据权利要求1～4任一项所述的磁性人工SEI膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述混合在溶剂中进行；
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述涂覆的厚度为100～150μm；
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在干燥的同时施加磁场；
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述电极放置在永磁体的中心位置；
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括正极、负极、隔膜
...【技术特征摘要】
1.一种磁性人工sei膜，其特征在于，所述磁性人工sei膜的材料包括聚合物和磁性颗粒。
2.根据权利要求1所述的磁性人工sei膜，其特征在于，所述聚合物与磁性颗粒的质量比为(6～100):1。
3.根据权利要求1或2所述的磁性人工sei膜，其特征在于，所述聚合物包括聚偏二氟乙烯和/或聚氧化乙烯；
4.根据权利要求1～3任一项所述的磁性人工sei膜，其特征在于，所述磁性颗粒被聚合物包覆其中以及镶嵌于sei膜表面；
5.一种根据权利要求1～4任一项所述的磁性人工sei膜的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩永生，陈云逸，李佳妍，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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