[發明專利]無機添加劑聚輪烷型隔膜及其在電池中應用

有效

• 申請號: 202010085783.3
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111276660B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 童慶松;童君開;高鋒
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/414;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明涉及無機添加劑聚輪烷型隔膜及其在電池中應用，其特征如下：無機添加劑聚輪烷型隔膜由直線型聚合物、環糊精型基團的分子、封端聚合物及無機添加劑組成。無機添加劑聚輪烷型電解質隔膜由直線型聚合物、環糊精型基團分子、封端聚合物、鋰鹽及無機添加劑組成。本發明能夠明顯改善隔膜的吸液保液能力和耐高溫性能，減少了隔膜在電池體系的阻抗，從而改善電池的電化學性能及安全性能。

技術領域

本發明涉及無機添加劑聚輪烷型隔膜及其在電池中應用，具體涉及一種可用于鋰電池、鋰離子電池、鈉電池、鈉離子電池的液態電池隔膜或固態電池電解質隔膜，屬于電池隔膜的技術領域。

技術背景

鋰離子電池由正極、負極、電解液、隔膜、電池殼等部件組成。作為鋰離子電池的重要組成部分，隔膜性能備受關注。隔膜主要功能是分隔正極和負極，避免鋰離子電池的正、負極的電子短路現象。隔膜同時為鋰離子在正、負極間移動提供了通道。在電池體系中，要求隔膜不與電池體系的電解液反應。隔膜質量的優劣直接影響了鋰離子電池的放電容量、循環壽命和安全性。

動力電池和儲能電池大多屬于大電池。一個儲能電池系統的能量動輒達到兆瓦級別。在使用大電池的過程中，對電池安全性的要求更高。在液態鋰離子電池使用耐高溫的隔膜或者在固態電池中使用耐高溫的聚合物電解質被認為可以改善大電池的安全性。已經研究過的固態電池的聚合物電解質包括聚環氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚環氧丙烷、聚偏氯乙烯等。不過，目前研究的聚合物電解質仍然存在在電池體系的副反應大、電導率低、電解質的界面阻抗大、不耐高溫，容易因負極金屬鋰的析出而產生電池安全性的問題，使得目前固態電池的研究處于困難中，難以應用。為了改善以上問題，本發明首次在鋰離子電池體系采用無機添加劑聚輪烷型隔膜及電解質隔膜以及其制備方法，使用這種隔膜或者電解質隔膜的鋰離子電池的安全性能夠得到明顯的改善。此外，本發明的聚輪烷型隔膜或聚輪烷型電解質隔膜具有制備工藝綠色，操作簡單，隔膜能夠承受高于220℃溫度的沖擊不發生明顯的收縮。在液態電池體系的耐高溫性能優秀，在固態電池體系的內阻低、耐高溫性能好，與電解液體系的相容性好，且在生產制備過程中綠色環保，適合于工業生產使用。

發明內容

本發明的無機添加劑聚輪烷型隔膜及其在電池中應用，其特征在于：

（一）所述的無機添加劑聚輪烷型隔膜是聚輪烷型液態電池隔膜和聚輪烷型電解質隔膜。

所述的無機添加劑聚輪烷型隔膜由直線型聚合物、環糊精型基團分子及封端聚合物組成，而且直線型聚合物穿過環糊精型基團的內腔疏水部分；

所述的無機添加劑聚輪烷型隔膜同時滿足以下要求：熔點在185～300℃的范圍內，孔隙率在10～92%的范圍內，吸液率在10～95%的范圍內，抗拉強度在4.33～12 MPa范圍內；

所述的無機添加劑聚輪烷型隔膜同時滿足以下要求：在LiPF₆濃度1.0 mol L^-1的重量比1:1:1的碳酸乙二酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯混合電解液的電導率在2×10^-5～2×10^-3 S cm^-1的范圍內，其電化學穩定窗口在2～5 V （vs. Li⁺/Li）的范圍內。

（二）所述的聚輪烷型液態電池隔膜由直線型聚合物、環糊精型基團分子、封端聚合物及無機添加劑組成，其中：

（1）所述的直線型聚合物是聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇，或是聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙二醇的硫、氯或氟的取代物；

（2）所述的直線型聚合物、環糊精型基團分子與無機添加劑的重量比在1:（0.1～10）:（0.01～2）的范圍內；

（3）所述的環糊精型基團分子是α、β或γ型環糊精，或是環糊精表面醇羥基的醚化、酯化、氧化、交聯等反應產物或是環糊精的氯、氟的取代物；