离子选择性功能隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种离子选择性功能隔膜及其制备方法和应用。所述离子选择性功能隔膜包括隔膜和涂覆于隔膜单侧或双侧的离子选择性功能涂层，所述离子选择性功能涂层由含有离子选择性材料的浆液涂覆而成。本发明专利技术利用离子选择性材料对过渡金属离子的选择性，在保证锂离子穿过性的前提下选择性的阻止过渡金属离子穿过，从而达到阻止正极溶解的过渡金属离子迁移沉积到负极的目的，改善了电池衰减。实验表明，本发明专利技术的离子选择性功能隔膜使沉积在负极SEI上的过渡金属含量从182ppm减少到101ppm，使循环中LMO/graphite电池的容量保留率提高2.3倍。2.3倍。2.3倍。

【技术实现步骤摘要】
离子选择性功能隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电池隔膜材料领域，具体涉及一种离子选择性功能隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]汽车电动化是当今汽车运输业的革命性变革之一，为了适应这种变革，锂离子电池(LIBs)在可预见的未来将成为汽车电动化的主要技术选择。与便携式电子产品和电网存储电池市场中的锂电池相比，电动汽车要求锂电池具有更高的占空比(即宽工作温度和高充放电速率)与耐久性(预期寿命为10年)方面。因此，尽管目前在各种正负极活性材料的开发方面取得了稳步而显著的进展。锂离子电池在行驶里程与快速充电能力上，仍有相当大的挑战。尖晶石型锰酸锂(LMO)正极具有较宽的温度范围、可接受的能量密度、较高的热稳定性、较低的成本以及无毒等优点，但正极材料中的锰很容易在电解液中溶解。
[0003]电池常见的衰减模式有三种：(1)DMDCR衰减，一般为过渡金属(尤其是锰离子)从正极溶解，然后通过电解液迁移并沉积到负极SEI上；(2)材料电化学活性和可传输锂离子的减少；(3)电解液分解，在负极还原，在正极氧化，并且伴随着产气现象。在真实电池中，往往三种衰减模式都存在，无论正极活性材料的结构或组成如何，所有锂离子电池中都存在机制2和3。
[0004]近年来提出了几种延缓锂离子电池性能衰减的方法：(1)在LMO晶格中进行阴阳离子取代；(2)锰离子阻挡层；(3)在活性材料或电极上进行ALD涂层；(4)电解液添加剂；(5)降低SOC范围。然而，事实证明，以上方法均不能100％有效。
专利技术内容
[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种离子选择性功能隔膜，能够通过离子选择性功能阻止正极溶解的过渡金属离子迁移沉积到负极，从而改善电池衰减。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]本专利技术提供了一种离子选择性功能隔膜，包括隔膜和涂覆于隔膜单侧或双侧的离子选择性功能涂层，所述离子选择性功能涂层由含有离子选择性材料的浆液涂覆而成；所述离子选择性材料包括沸石、硅藻土、膨润土、高岭土、水滑石、聚-4-乙烯吡啶、乙二胺四乙酸和8-羟基喹啉中的一种或几种。
[0008]作为优选的技术方案，所述离子选择性材料在浆液中的质量百分比为0.1-50wt％。
[0009]作为优选的技术方案，所述浆液中还含有陶瓷粉体、勃姆石粉体、PVDF和PMMA中的一种或几种。
[0010]作为优选的技术方案，所述隔膜为厚度5-40μm、孔隙率20-80％的聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚乙烯和聚丙烯复合膜。
[0011]作为优选的技术方案，所述离子选择性功能涂层的厚度为0.1-4μm。
[0012]本专利技术还提供了所述离子选择性功能隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)将离子选择性材料加入水中，并加入分散剂搅拌混合，然后再加入助剂，配制成浆料；
[0014](2)将隔膜送入涂覆装置，使用步骤(1)配制的浆料进行涂覆；
[0015](3)将经过步骤(2)涂覆后的隔膜干燥、收卷，得到离子选择性功能隔膜。
[0016]本专利技术还提供了所述离子选择性功能隔膜的一种应用：一种锂离子电池，包括正极、负极、电解质以及位于正极和负极之间的电池隔膜，所述正极为锰酸锂、钴酸锂或磷酸铁锂，所述电池隔膜包括所述的离子选择性功能隔膜。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018]本专利技术利用离子选择性材料对过渡金属离子的选择性，在保证锂离子穿过性的前提下选择性的阻止过渡金属离子穿过，从而达到阻止正极溶解的过渡金属离子迁移沉积到负极的目的，改善了电池衰减。实验表明，本专利技术的离子选择性功能隔膜使沉积在负极SEI上的过渡金属含量从182ppm减少到101ppm，使循环中LMO/graphite电池的容量保留率提高2.3倍。
附图说明
[0019]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：
[0020]图1为实施例1制备的离子选择性功能隔膜的扫描电镜图片。
具体实施方式
[0021]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0022]实施例1：
[0023](1)先将聚-4-乙烯吡啶按照1.2wt％的质量比引入去离子水中，并引入分散剂搅拌混合，然后再加入陶瓷粉体，添加粘结剂、润湿剂，混合均匀，配制成浆料；
[0024](2)将隔膜送入涂覆装置，使用步骤(1)配制的浆料进行涂覆；
[0025](3)将经过步骤(2)涂覆后的隔膜干燥、收卷，得到离子选择性功能隔膜。
[0026]实施例1制备的离子选择性功能隔膜的膜面照片如图1所示。
[0027]实施例2：
[0028](1)先将聚-4-乙烯吡啶按照2wt％的质量比引入去离子水中，并引入分散剂搅拌混合，然后再加入陶瓷粉体，添加粘结剂、润湿剂，混合均匀，配制成浆料；
[0029](2)将隔膜送入涂覆装置，使用步骤(1)配制的浆料进行涂覆；
[0030](3)将经过步骤(2)涂覆后的隔膜干燥、收卷，得到离子选择性功能隔膜。
[0031]对比例1：
[0032](1)将陶瓷粉体加入水中，同时加入分散剂、粘接剂和润湿剂，混合均匀，配制成浆料；
[0033](2)将隔膜送入涂覆装置，使用步骤(1)配制的浆料进行涂覆；
[0034](3)将经过步骤(2)涂覆后的隔膜干燥、收卷，得到涂布隔膜。
[0035]对比例2：
[0036](1)将勃姆石粉体加入水中，同时加入分散剂、粘接剂和润湿剂，混合均匀，配制成浆料；
[0037](2)将隔膜送入涂覆装置，使用步骤(1)配制的浆料进行涂覆；
[0038](3)将经过步骤(2)涂覆后的隔膜干燥、收卷，得到涂布隔膜。
[0039]将实施例1-2得到和对比例1-2得到的隔膜产品分别在相同条件下组装成LMO/graphite电池(正极为锰酸锂、负极为石墨)，然后进行性能测试，结果如表1-表3所示。
[0040]表1隔膜性能测试结果对比情况
[0041][0042]由表1的负极SEI过渡金属含量性能指标来看，实施例1-2中负极SEI过渡金属含量远低于对比例1-2，且实施例1-2循环后电解液PH值高于对比例1-2，表明离子选择性功能隔膜能够阻止正极溶解的过渡金属离子迁移沉积到负极，从而改善电池衰减。
[0043]表2电容量保持率对比情况
[0044] 实施例1实施例2对比例1对比例2100周99.30％98.96％99.02％98.60％150周98.93％98.20％96.12％93.24％200周97.60％97.70％91.96％91.90％220周97.32％97.03％91.31％90.13％263周96.00％96.05％88.31％89.08％30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子选择性功能隔膜，其特征在于：包括隔膜和涂覆于隔膜单侧或双侧的离子选择性功能涂层，所述离子选择性功能涂层由含有离子选择性材料的浆液涂覆而成；所述离子选择性材料包括沸石、硅藻土、膨润土、高岭土、水滑石、聚-4-乙烯吡啶、乙二胺四乙酸和8-羟基喹啉中的一种或几种。2.根据权利要求1所述的离子选择性功能隔膜，其特征在于：所述离子选择性材料在浆液中的质量百分比为0.1-50wt％。3.根据权利要求1所述的离子选择性功能隔膜，其特征在于：所述浆液中还含有陶瓷粉体、勃姆石粉体、PVDF和PMMA中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的离子选择性功能隔膜，其特征在于：所述隔膜为厚度5-40μm、孔隙率20-80％的聚乙烯膜、聚丙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志豪，陶晶，杜辉，王思双，欧阳玲萍，陈瀚，
申请(专利权)人：重庆恩捷纽米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：