分子筛-聚合物膜、复合电解质、锂离子二次电池、制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种分子筛

【技术实现步骤摘要】
分子筛
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聚合物膜、复合电解质、锂离子二次电池、制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及锂电池固态电解质领域，具体涉及一种分子筛
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聚合物膜、复合电解质、锂离子二次电池、制备方法、应用。

技术介绍

[0002]锂电池是一种具有高转化效率、高能量密度、长循环寿命、零记忆效应的新型绿色能源。其应用在手机、电脑、汽车中，极大地方便了人们的日常生活，同时成为了人们生活中不可或缺的一部分。
[0003]然而，伴随着锂电池的大规模使用，随之而来的是越来越多的锂电池安全事故。电池自燃、爆炸从而导致人们生命、财产遭到损失的报道屡见不鲜。而且随着电池使用规模的扩大，人们对于电池本身的能量密度要求也越来越高。而随着锂电池的能量密度的增大，电池一旦发生安全事故所导致的危害和损失也随之变大。
[0004]针对这一问题，目前主要有两种解决策略。第一种策略是采用磷酸铁锂取代三元正极材料，然而磷酸铁锂较低的能量密度使得采用这一策略将导致电池能量密度提升受限；第二种则是采用安全型电解质代替商用电解液，采用这一策略因不用更换电极材料而避免了能量密度提升受限的问题，但目前大部分安全型电解质电池性能逊于商用电解液，采用这一策略会使得电池循环寿命有所影响。
[0005]因而，如何在提高电池安全性的同时减少对电池性能的影响，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中锂电池安全性提升的同时会导致电池性能下降的缺陷，而提供了一种分子筛
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聚合物复合电解质、锂离子二次电池及其制备方法与应用。本专利技术通过采用介孔分子筛与非极性聚合物作为基体、可以环状碳酸酯作为溶剂的电解质，使得锂离子仅能通过介孔分子筛中的孔道进行移动，从而抑制了锂电池在长循环过程中的锂枝晶生长，进而提高了锂电池的安全性。
[0007]专利技术人付出大量创造性劳动后发现，目前的复合电解质技术基本采用将电解液与聚合物或者氧化物电解质直接进行混合的方式，虽然这一方法可以避免大量液体的存在，但由于聚合物的离子电导率较低，会导致锂离子在长期充放电循环中沉积不均匀，从而形成锂枝晶。当锂枝晶刺穿电解质膜或者断裂后，依然可能引起电池内部短路，从而导致事故的发生。
[0008]本专利技术中通过将介孔分子筛和与有机溶剂(例如环状碳酸酯类溶剂)不相容的非极性聚合物混合后，可加入环状碳酸酯作为溶剂的有机电解液，从而制备得到一种分子筛
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聚合物复合电解质。由于有机溶剂(例如环状碳酸酯)与非极性聚合物的不相容性，因而电解液仅存在于介孔分子筛孔道中，从而使得锂离子仅在分子筛孔道中进行，从而实现对于
锂枝晶生长的抑制。将该种复合电解质应用在锂电池中，可有效提高锂电池长期循环中的安全性。
[0009]本专利技术提供了一种分子筛
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聚合物膜，其包含介孔分子筛和非极性聚合物，所述介孔分子筛和所述分子筛
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聚合物膜的质量比为(0.1
‑
0.5):1；
[0010]所述介孔分子筛包括ZSM
‑
5、SBA
‑
15和MCM
‑
41中的一种或多种；
[0011]所述非极性聚合物和有机溶剂不相容。
[0012]本专利技术中，优选地，所述介孔分子筛和所述分子筛
‑
聚合物膜的质量比为(0.2
‑
0.5):1，例如(0.3
‑
0.4):1，再例如0.3:1或0.4:1。
[0013]专利技术人在研发过程中发现，若所述介孔分子筛和所述分子筛
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聚合物膜的质量比＜0.1:1，不利于锂离子在介孔分子筛孔道中的移动，导致电池性能下降；若所述介孔分子筛和所述分子筛
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聚合物膜的质量比＞0.5:1，不利于分子筛在聚合物中的分散，导致电池性能下降。
[0014]本专利技术中，所述介孔分子筛和所述非极性聚合物的质量比可为(0.1
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0.7):1，例如3:7、4:6或1:9。
[0015]本专利技术中，优选地，所述介孔分子筛为ZSM
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5、SBA
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15或MCM
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41，例如ZSM
‑
5或SBA
‑
15。
[0016]本专利技术中，所述介孔分子筛也可称之为介孔材料。根据国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的规定，介孔材料一般是指孔径介于2
‑
50nm的一类多孔材料。
[0017]本专利技术中，所述ZSM
‑
5一般是指含有机胺阳离子的沸石分子筛。
[0018]其中，所述ZSM
‑
5的化学组成可用氧化物的摩尔比表示为：0.9
±
0.2M
2/n
O:Al2O3:(5
‑
100)SiO2:ZH2O，式中M是阳离子(例如碱金属钠离子和有机胺离子)；n是阳离子的价数；Z是从0到40。
[0019]本专利技术中，所述ZSM
‑
5中，硅铝比可为(50
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100):1。
[0020]本专利技术中，所述SBA
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15一般具有二维六方通孔结构，具有P6mm空间群。所述SBA
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15骨架上的二氧化硅一般为无定形态，在广角XRD衍射中观察不到明显衍射峰。
[0021]本专利技术中，所述MCM
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41是具有均一孔径的长程有序介孔材料，具有极高的BET比表面积、大吸附容量、均一的中孔结构等特点，其孔道呈六方有序排列、大小均匀、孔径可在2
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10nm范围内连续调节。
[0022]本专利技术中，所述非极性聚合物一般是指结构对称、总偶极矩等于零的聚合物。
[0023]本专利技术中，所述非极性聚合物和有机溶剂不相容是指所述非极性聚合物不会溶于有机溶剂。
[0024]本专利技术中，优选地，所述非极性聚合物为聚乙烯和/或聚丙烯，例如聚乙烯或聚丙烯。
[0025]其中，所述聚乙烯可为本领域常规的聚乙烯，例如重均分子量5
‑
50万的聚乙烯，再例如重均分子量15万的聚乙烯。
[0026]其中，所述聚丙烯可为本领域常规的聚丙烯，例如重均分子量10
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80万的聚丙烯，再例如重均分子量30万的聚丙烯。
[0027]本专利技术中，优选地，所述介孔分子筛为ZSM
‑
5，所述非极性聚合物为聚乙烯。
[0028]本专利技术中，优选地，所述介孔分子筛为ZSM
‑
5，所述非极性聚合物为聚乙烯，所述介
孔分子筛和所述分子筛
‑
聚合物膜的质量比为(0.1
‑
0.3):1，例如0.1:1或0.3:1。
[0029]本专利技术中，优选地，所述介孔分子筛为ZSM
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分子筛
‑
聚合物膜，其特征在于，其包含介孔分子筛和非极性聚合物，所述介孔分子筛和所述分子筛
‑
聚合物膜的质量比为(0.1
‑
0.5):1；所述介孔分子筛包括ZSM
‑
5、SBA
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15和MCM
‑
41中的一种或多种；所述非极性聚合物和有机溶剂不相容。2.如权利要求1所述的分子筛
‑
聚合物膜，其特征在于，所述分子筛
‑
聚合物膜满足下述条件中的一种或多种：
①
所述介孔分子筛和所述分子筛
‑
聚合物膜的质量比为(0.2
‑
0.5):1；
②
所述介孔分子筛和所述非极性聚合物的质量比为(0.1
‑
0.7):1；
③
所述介孔分子筛为ZSM
‑
5、SBA
‑
15或MCM
‑
41；
④
所述非极性聚合物为聚乙烯和/或聚丙烯；和
⑤
所述有机溶剂为环状碳酸酯类溶剂。3.如权利要求2所述的分子筛
‑
聚合物膜，其特征在于，所述分子筛
‑
聚合物膜满足下述条件中的一种或多种：
①
所述介孔分子筛和所述分子筛
‑
聚合物膜的质量比为(0.3
‑
0.4):1，例如0.3:1或0.4:1；
②
所述介孔分子筛和所述非极性聚合物的质量比为3:7、4:6或1:9；
③
所述聚乙烯为重均分子量5
‑
50万的聚乙烯，例如重均分子量15万的聚乙烯；
④
所述聚丙烯为重均分子量10
‑
80万的聚丙烯，例如重均分子量30万的聚丙烯；和
⑤
所述环状碳酸酯类溶剂包括但不限于碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ
‑
丁内酯中的一种或几种的组合，例如碳酸乙烯酯和/或碳酸丙烯酯。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的分子筛
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聚合物膜，其特征在于，所述介孔分子筛为ZSM
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5，所述非极性聚合物为聚乙烯；优选地，所述介孔分子筛和所述分子筛
‑
聚合物膜的质量比为(0.1
‑
0.3):1，例如0.1:1或0.3:1；优选地，所述介孔分子筛和所述非极性聚合物的质量比为(0.1
‑
0.5):1，例如1:9或3:7；和/或，所述介孔分子筛为SBA
‑
15，所述非极性聚合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王一菲，苏青，廖文俊，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：