用于锂离子电池的补锂隔膜、锂离子电池，以及制备方法技术

技术编号：43353872 阅读：8 留言：0更新日期：2024-11-19 17:41

本公开提供用于锂离子电池的补锂隔膜、锂离子电池，以及制备方法，属于电池领域。补锂隔膜包括隔膜基体、预锂层、第一保护层和第二保护层，预锂层位于隔膜基体的一侧，第一保护层位于预锂层远离隔膜基体的一侧；第二保护层设置于隔膜基体的第一表面，第二保护层的材料包括聚合物和酯类化合物，聚合物不溶于锂离子电池电解液；酯类化合物溶于锂离子电池电解液。本公开补锂隔膜的第二保护层为有机材料层，制备方法不需要在真空中进行，成本低；第一保护层和第二保护层使得预锂层中的锂金属在装配过程与空气中的水、二氧化碳、氧气、氮气等隔绝，预锂层锂消耗量小，锂利用率提高。解决现有补锂隔膜锂消耗量高，制备方法复杂等技术问题。

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【技术实现步骤摘要】

本公开涉及电池领域，具体而言，涉及一种用于锂离子电池的补锂隔膜及其制备方法，以及锂离子电池及其制备方法。

技术介绍

1、锂离子电池具有高比能量和长循环寿命等优势，被广泛应用于电子产品、电动汽车等领域。然而，现有锂离子电池还存在阴极活性材料的过渡金属溶出、颗粒破碎等问题，进而导致电芯循环寿命衰减以及能量密度降低等技术问题。为了缓解上述技术问题，现有技术提出了对阳极或者阴极进行预锂化，提升循环过程中活性锂总量，不仅有助于提升电池能量密度，还可以显著延长电芯的使用寿命。然而，现有的阳极/阴极预锂化存在操作繁琐、危险性高、金属锂利用率低、存储和使用环境的湿度要求很高、成本高等问题。

2、隔膜在锂离子电池中的主要作用是分隔电池的正负极，防止短路，同时保证锂离子在充放电过程中能正常通过微孔通道，以保证电池的正常工作。目前虽然有在隔膜层上设置补锂层的报道，但是现有补锂隔膜中的锂在装配过程中容易与空气中的水、气等反应被消耗，锂消耗量较大，导致现有的锂离子电池补锂隔膜无法适应锂离子电池的装配环境，限制了其产业化应用。也有报道在补锂层的表面设置金属、金属化合物等无机材料作为保护层，但是金属、金属化合物等无机材料成本较高，且施工方式需要在真空环境下，不能连续生产，效率较低，制作成本较高，且存储和使用过程中需要对环境的温湿度做严苛控制，进一步增加制造成本。而且，现有补锂隔膜中预锂层和隔膜基体之间的结合力较小，影响补锂隔膜的稳定性。另外，现有补锂隔膜中的无机保护层，装配电池后，隔膜的孔隙率较低，影响电芯装配后的离子导电率，进而影响电芯性能。</p>

3、因此，确有必要提出一种用于锂离子电池的补锂隔膜、锂离子电池，以及制备方法，以解决或至少缓解上述至少一个技术问题。

技术实现思路

1、鉴于上述技术问题，本公开提供一种用于锂离子电池的补锂隔膜、锂离子电池，以及制备方法，以解决或至少缓解上述锂离子电池补锂隔膜，锂离子电池，以及制备方法中存在的至少一个技术问题。

2、根据本公开的具体实施方式，第一方面，本公开提供了一种用于锂离子电池的补锂隔膜，包括：隔膜基体和预锂层，预锂层设置在隔膜基体的一侧，补锂隔膜还包括第一保护层和第二保护层，

3、第一保护层设置于预锂层远离隔膜基体的一侧，用于保护预锂层；

4、将隔膜基体的两个相对表面分别定义为第一表面和第二表面，第二保护层设置于第一表面，第二保护层的材料包括聚合物和酯类化合物，聚合物不溶于锂离子电池的电解液；酯类化合物溶于锂离子电池的电解液。

5、可选的，用于锂离子电池的补锂隔膜还包括第三保护层，第三保护层设置于隔膜基体的第二表面，第三保护层的材料包括聚合物和酯类化合物，聚合物不溶于锂离子电池的电解液；酯类化合物溶于锂离子电池的电解液。

6、可选的，第二保护层中的聚合物和酯类化合物的质量比为1:4-50:1。

7、可选的，第三保护层中的聚合物和酯类化合物的质量比为1:4-50:1。

8、可选的，聚合物和酯类化合物在0-4.5v均具有稳定的电化学窗口。

9、可选的，酯类化合物的熔点大于等于25℃。

10、可选的，聚合物包括聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、丙烯酸聚合物、丙烯腈聚合物中的至少一种。

11、可选的，酯类化合物包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、硫酸亚乙酯、硫酸丙烯酯、甲烷二磺酸亚甲酯中的至少一种。

12、可选的，酯类化合物溶于酯类和醚类溶剂。

13、可选的，预锂层的材料包括金属锂、锂硅合金、锂镁合金、锂铜合金、锂银合金、锂铍合金、锂锌合金、锂镉合金、锂铝合金、锂金合金和锂硼合金中的至少一种。

14、可选的，第一保护层的材料包括al2o3、mgo、zno2、tio2、zro2、lao2、ceo2、y2 o3、sixo、sic、sinx、sicnx、aln、mg(oh)2、baso4、勃姆石或钙钛矿；或者，li2 co3、li3n、lif、li3po4、li4sio4、li4ti5o12、lipon、lision、llzo、llzto、latp、li3fe2(po4)3、li3v2(po4)3、li3in2(po4)3、li3sc2(po4)3、li3cr2(po4)3中的至少一种。

15、可选的，第一保护层的厚度为10-1000nm。

16、可选的，第二保护层的厚度为50-1000nm。

17、可选的，第三保护层的厚度为50-1000nm。

18、根据本公开的具体实施方式，第二方面，本公开提供一种锂离子电池，包括正极片、负极片和隔膜，隔膜位于正极片和负极片之间，隔膜为如前所述任一项用于锂离子电池的补锂隔膜。

19、根据本公开的具体实施方式，第三方面，本公开提供一种如前所述任一项用于锂离子电池的补锂隔膜的制备方法，包括以下步骤：

20、在隔膜基体的第一表面涂布第一浆料、干燥后在隔膜基体的第一表面上形成第二保护层，第一浆料包括所述聚合物、所述酯类化合物和有机溶剂，有机溶剂用于溶解聚合物和酯类化合物；

21、在隔膜基体的一侧沉积预锂层；

22、在预锂层远离隔膜基体的表面沉积第一保护层。

23、可选的，在隔膜基体的第一表面上形成第二保护层之后，还包括在隔膜基体的第二表面上涂布第二浆料、干燥后在隔膜基体的第二表面上形成第三保护层，第二浆料包括所述聚合物、所述酯类化合物和有机溶剂，有机溶剂用于溶解聚合物和酯类化合物。

24、可选的，第一浆料和所述第二浆料的组成成分部分不同或者完全不同。

25、可选的，第一浆料中固含量为1％-35％，第一浆料的粘度为10-3000cps。

26、可选的，第二浆料中固含量为1％-35％，第二浆料的粘度为10-3000cps。

27、可选的，第一浆料中，聚合物的质量百分比为5％-50％，酯类化合物的质量百分比为1％-20％，有机溶剂的质量百分比为30％-94％。

28、可选的，第二浆料中，聚合物的质量百分比为5％-50％，酯类化合物的质量百分比为1％-20％，有机溶剂的质量百分比为30％-94％。

29、可选的，有机溶剂包括环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮和吡咯烷酮中的至少一种。

30、可选的，第一浆料和/或第二浆料的制备方法包括：将酯类化合物按比例加入到聚合物中，在500-3000rpm的速度下搅拌10-30min；加入有机溶剂并调整固含量为1％-35％，粘度为10-3000cps，搅拌5-10min获得第一浆料和/或第二浆料。

31、可选的，在隔膜基体的第一表面涂布第一浆料，和/或在隔膜基体的第二表面涂布第二浆料的方式为浸涂、辊涂、喷涂、刮涂或者转移涂布，涂布第一浆料和/或第二浆料之后的干燥温度为20-40℃。

32、可选的，在隔膜基体的一侧沉积预锂层的方法包括真空蒸镀、离子镀、射频本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种用于锂离子电池的补锂隔膜，包括：隔膜基体和预锂层，所述预锂层设置在所述隔膜基体的一侧，其特征在于，所述补锂隔膜还包括第一保护层和第二保护层，

2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的补锂隔膜，其特征在于，所述用于锂离子电池的补锂隔膜还包括第三保护层，所述第三保护层设置于所述隔膜基体的第二表面，所述第三保护层的材料包括聚合物和酯类化合物，所述聚合物不溶于锂离子电池的电解液；所述酯类化合物溶于锂离子电池的电解液。

3.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的补锂隔膜，其特征在于，所述第二保护层和/或所述第三保护层中的聚合物和酯类化合物的质量比为1:4-50:1。

4.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的补锂隔膜，其特征在于，所述聚合物和所述酯类化合物在0-4.5V均具有稳定的电化学窗口，且所述酯类化合物的熔点大于等于25℃。

5.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的补锂隔膜，其特征在于，所述聚合物包括聚酯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、丙烯酸聚合物、丙烯腈聚合物中的至少一种；

6.一种锂离子电

7.一种如权利要求1-5任一项所述用于锂离子电池的补锂隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的用于锂离子电池的补锂隔膜的制备方法，其特征在于，在隔膜基体的第一表面上形成所述第二保护层之后，还包括在隔膜基体的第二表面上涂布第二浆料、干燥后在所述隔膜基体的第二表面上形成所述第三保护层，所述第二浆料包括所述聚合物、所述酯类化合物和所述有机溶剂，所述有机溶剂用于溶解所述聚合物和所述酯类化合物。

9.根据权利要求8所述的用于锂离子电池的补锂隔膜的制备方法，其特征在于，所述第一浆料和所述第二浆料的组成成分部分不同或者完全不同。

10.根据权利要求7-9任一项所述的用于锂离子电池的补锂隔膜的制备方法，其特征在于，所述第一浆料中固含量为1％-35％，所述第一浆料的粘度为10-3000cps；和/或所述第二浆料中固含量为1％-35％，所述第二浆料的粘度为10-3000cps；

11.根据权利要求7-9任一项所述的用于锂离子电池的补锂隔膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括环己烷、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丁酮和吡咯烷酮中的至少一种。

12.一种锂离子电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

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【技术特征摘要】

3.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的补锂隔膜，其特征在于，所述第二保护层和/或所述第三保护层中的聚合物和酯类化合物的质量比为1:4-50:1。

4.根据权利要求1或2所述的用于锂离子电池的补锂隔膜，其特征在于，所述聚合物和所述酯类化合物在0-4.5v均具有稳定的电化学窗口，且所述酯类化合物的熔点大于等于25℃。

6.一种锂离子电池，包括正极片、负极片和隔膜，隔膜位于所述正极片和所述负极片之间，其特征在于，所述隔膜为如权利要求1-5中任一项所述的用...

【专利技术属性】
技术研发人员：武俊，冯祎炜，王旭霞，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：安迈特科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：

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