[發(fā)明專利]聚合物保護(hù)膜、金屬鋰負(fù)極片、鋰二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610242231.2
• 申請日: 2016-04-19
• 公開（公告）號: CN107305950B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉成勇;吳冰斌;郭永勝;易梓琦;安黎
• 申請（專利權(quán)）人: 寧德新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/60
• 分類號: H01M4/60;H01M4/137;H01M4/48;H01M10/0525
• 代理公司: 北京五洲洋和知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11387
• 代理人: 張向琨

本發(fā)明提供一種聚合物保護(hù)膜、金屬鋰負(fù)極片、鋰離子電池。所述金屬鋰負(fù)極片的表面涂覆包含聚合物離子液體的聚合物保護(hù)膜，當(dāng)用于鋰二次電池中時，能夠有效減緩甚至抑制鋰枝晶的生長，提高鋰二次電池的首次充放電庫侖效率，顯著改善鋰二次電池的循環(huán)穩(wěn)定性能和安全性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰二次電池領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種聚合物保護(hù)膜、金屬鋰負(fù)極片、鋰二次電池。

背景技術(shù)

目前，鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于手機、筆記本、相機等電子產(chǎn)品。目前，商業(yè)化鋰離子電池主要以石墨為負(fù)極材料，但其容量發(fā)揮已經(jīng)接近石墨理論值(372mAh/g)，很難通過對石墨進(jìn)行處理而高幅度提升鋰離子電池的容量。而金屬鋰的理論比容量高達(dá)3860mAh/g，電極電位低至-3.04V(vs.H₂/H⁺)，因此發(fā)展以金屬鋰作為負(fù)極的鋰二次電池再次引起科研工作者的關(guān)注。然而，限制鋰二次電池進(jìn)一步發(fā)展的障礙主要有兩個方面：(1)是鋰二次電池在循環(huán)過程中容易產(chǎn)生鋰枝晶，導(dǎo)致電池易出現(xiàn)短路；(2)是鋰枝晶表面積大、活性高，易與電解液劇烈反應(yīng)，導(dǎo)致金屬鋰表面SEI膜持續(xù)重組，消耗電解液和活性鋰，也導(dǎo)致循環(huán)效率降低，縮短電池循環(huán)壽命。因此，如何有效改善金屬鋰電極表面性質(zhì)、抑制鋰枝晶的生成是進(jìn)一步發(fā)展鋰二次電池需要解決的重點問題。

目前，諸多研究集中于向電解液中加入功能添加劑，如碳酸亞乙烯酯(簡稱為VC)、氟代碳酸乙烯酯(簡稱為FEC)、2-甲基呋喃(簡稱2Me-F)、以及一些堿金屬陽離子等。利用上述添加劑與金屬鋰發(fā)生吸附、分解、聚合等過程而形成新保護(hù)膜增強金屬鋰表面的SEI膜、改善鋰二次電池的循環(huán)性能。但存在的問題是，這些原位形成的保護(hù)膜機械強度較弱且覆蓋金屬鋰不完全，不能完全阻止鋰沉積/溶出過程中由于鋰金屬形貌變化而引起的SEI膜劇烈、持續(xù)重組。鋰枝晶的生成及隨即引發(fā)的諸多問題并未得到實質(zhì)性的解決。因此，探索和發(fā)展有效的金屬鋰保護(hù)技術(shù)用以抑制鋰枝晶、提高電池循環(huán)性能、庫侖效率和安全性能成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種聚合物保護(hù)膜、金屬鋰負(fù)極片、鋰離子電池，所述金屬鋰負(fù)極片的表面涂覆包含聚合物離子液體的聚合物保護(hù)膜，因此能有效減緩甚至抑制鋰枝晶的生長，提高鋰二次電池的首次充放電庫侖效率，顯著改善鋰二次電池的循環(huán)穩(wěn)定性能和安全性能。

為了達(dá)到上述目的，在本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種聚合物保護(hù)膜，其包括式I結(jié)構(gòu)的聚合物離子液體。在式I中，X為陰離子，具體地，X選自-COO^-、-SO₃^-、-SO₂N^-SO₂F、-RCOO^-、-RSO₃^-、-RSO₂N^-SO₂R_f中的一種。其中，R選自碳原子數(shù)小于等于10的亞烴基，或R選自碳原子數(shù)小于等于10且含有氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、氮(N)、氧(O)、硫(S)、硅(Si)、硼(B)、磷(P)中的一種或幾種元素的亞烴基。R^f選自氟、氯、氰基(CN)、碳原子數(shù)小于等于10的烴基中的一種，或R^f選自碳原子數(shù)小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一種或幾種元素的烴基。Y選自氮、硫、磷中的一種。R¹、R²各自獨立地選自碳原子數(shù)小于等于10的亞烴基，或R¹、R²各自獨立地選自碳原子數(shù)小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一種或幾種元素的亞烴基。R³選自碳原子數(shù)小于等于10的烴基，或R³選自碳原子數(shù)小于等于10且含有氟、氯、溴、碘、氮、氧、硫、硅、硼、磷中的一種或幾種元素的烴基。50≤l≤2500；50≤n≤2500；0≤m≤3000。p為2或3，且p的數(shù)值與Y原子的價態(tài)相關(guān)。