[發明專利]一種鋰電池隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201910074558.7
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109786637B
• 公開（公告）日: 2019-10-22
• 發明（設計）人: 何偉東;韓玉培;甄誠;丁顯波;陳太寶;周梅
• 申請（專利權）人: 深圳鋰硫科技有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14
• 代理公司: 深圳市中科創為專利代理有限公司 44384
• 代理人: 譚雪婷;謝亮

本發明公開一種鋰電池隔膜，包含以下質量百分比的組分：成膜聚合物90％?99.9％，含硫醚類化合物和/或硫醇類化合物和/或磺酸類化合物的天然有機物添加劑0.1％?10％；所述成膜聚合物為聚偏氟乙烯?六氟丙烯和/或聚偏氟乙烯，所述天然有機物添加劑為干燥的天然有機物粉末；本發明還公開一種鋰電池隔膜的制備方法。本發明通過將含硫醚類化合物和/或硫醇類化合物和/或磺酸類化合物的天然有機物添加劑加入至成膜聚合物中，成膜聚合物為交聯網狀結構，所述成膜聚合物的分子鏈插入所述天然有機物粉末的孔隙中，所述天然有機物粉末在交聯網狀結構中形成鏈結。從而有效增強鋰電池隔膜的強度，避免鋰枝晶輕易刺穿鋰電池隔膜。

技術領域

本發明涉及鋰電池隔膜技術領域，尤其涉及一種鋰電池隔膜及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著新能源電動汽車和智能電子設備的不斷發展，市場對二次電池能量密度的需求在不斷提升，目前鋰離子電池是首選商業二次電池。然而鋰離子電池正極材料的理論能量密度低，實際能提供的能量密度不到200mAh g^-1(根據正極材料的質量計算)。而且商業正極材料能實現的容量已經接近其理論值，容量提升空間較小。面對新能源電動汽車和智能電子設備對二次電池能量密度需求的快速增長，尋找更高能量密度的電化學反應體系是制備高能量密度二次電池的關鍵。近年來，基于鋰金屬負極、高能量密度正極的二次電池，例如鋰硫電池、鋰碲電池等，成為研究熱點。鋰金屬負極具有很高的理論儲鋰容量(3860mAh g-1)，配合高能量密度的正極，例如硫(1672mAh g-1)，制備出的新型鋰基電池能提供遠超于鋰離子電池的實際容量。隨著新型鋰基電池技術的高速發展，它們有望在將來在模塊化電池中提供遠超鋰離子電池的能量密度，進而大面積取代現有的鋰離子電池。鋰金屬是新一代高能量密度二次電池的研究和應用極其重要的一部分，然而，鋰金屬在循環過程中面臨著諸多問題，其中之一是鋰枝晶生長。由于通過SEI膜的鋰離子流量不穩定而且鋰金屬表面不平整，鋰離子不均勻地沉積在鋰金屬表面，形成鋰枝晶。在電池循環過程中，枝晶尖端有較強的電場，使更多的鋰離子在上面沉積。鋰枝晶在這種自增強的正反饋機制下加速積累，最終刺穿隔膜，導致電池短路，引起熱失控、燃燒、甚至爆炸。如何抑制鋰枝晶生長，并且使鋰金屬負極具備高循環性能和倍率性能，成為一個研究重點和難點。

因此，現有技術存在缺陷，需要改進。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種鋰電池隔膜及其制備方法，增強鋰電池隔膜的強度，抑制鋰枝晶的形成，避免電池短路引起的熱失控、燃燒、甚至爆炸。

本發明的技術方案如下：提供一種鋰電池隔膜，包含以下質量百分比的組分：

成膜聚合物 90％-99.9％，

含硫醚類化合物和/或硫醇類化合物和/或磺酸類化合物的天然有機物添加劑0.1％-10％。

所述成膜聚合物為聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)和/或聚偏氟乙烯(PVdF)，所述天然有機物添加劑為干燥的天然有機物粉末；所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯和/或聚偏氟乙烯在鋰電池隔膜中為交聯網狀結構，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯和/或聚偏氟乙烯的分子鏈插入所述天然有機物粉末的孔隙中，所述天然有機物粉末在交聯網狀結構中形成鏈結。所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯和/或聚偏氟乙烯在鋰電池隔膜中形成交聯網狀結構；干燥的天然有機物粉末顆粒含有大量的空隙，聚偏氟乙烯-六氟丙烯和/或聚偏氟乙烯的分子鏈可以進入到天然有機物粉末顆粒的孔隙中，使得天然有機物粉末能夠在鋰電池隔膜中形成鏈結。從而有效增強鋰電池隔膜的強度，避免鋰枝晶輕易刺穿鋰電池隔膜。

天然有機物粉末顆粒可降低聚偏氟乙烯-六氟丙烯或聚偏氟乙烯的結晶度，提高無定形相的比例，有利于鋰電池隔膜的孔洞形成，而且天然有機物粉末顆粒自身也存在大量的孔隙，從而可以吸收更多的電解液，提升了鋰電池隔膜吸液率和電導率；而且天然無機物粉末顆粒的孔隙可作為離子傳輸的通道，允許離子以較低的遷移活化能通過，從而提高鋰電池隔膜的離子的電導率，可降低電池內部的阻抗。