[發明專利]多孔材料自支撐膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010098760.6
• 申請日: 2020-02-18
• 公開（公告）號: CN113346190A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 周豪慎;常智;喬羽;鄧瀚;何平
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/411;H01M10/04;H01M10/0525;H01M10/42
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 余俊杰

本發明公開了多孔材料自支撐膜及其制備方法和應用，其中，多孔材料自支撐膜以金屬有機框架或分子篩等為主，孔徑為0.1?5nm。所述方法采用兩次活化處理多孔材料制備獲得自支撐膜，該自支撐膜包含多孔材料和粘結劑，且該自支撐膜能夠用于鋰電池循環過程電解液除水。與現有技術相比，本發明具有以下優點：(1)本發明所述利用自支撐膜為高效的，可回收的，內置的實時多孔材料自支撐膜除水劑可以可逆地吸收/解吸收電解液中存在的水分子，達到高效除水的目的，進而減少鋰電池在循環過程中普遍存在的過渡金屬溶解，最終提高電池的電化學性能。(2)多孔材料自支撐膜具有可回收的優點，可以循環利用。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，涉及一種鋰電池電解液的實時除水劑，具體為能夠用于鋰電池電解液除水的多孔材料自支撐膜及其制備方法和應用。

背景技術

新能源材料和技術的開發利用，可以在一定程度上緩解日漸加劇的環境污染問題。然而，傳統的電池，如：鉛酸蓄電池及鋅錳干電池等，存在能量密度低、環境污染嚴重的缺陷，因此，尋找環境友好的高能量密度的新型化學電源具有重要的戰略意義且勢在必行。鋰離子電池具有使用簡便、環境友好等優點，擁有廣闊的發展前景。眾所周知，鋰離子電池在現階段被廣泛應用于各種便攜式電子設備中，與傳統二次電池相比，鋰離子電池是目前性能最好的二次電池。隨著各類便攜電子設備向薄、輕、多功能等方向發展，市場對商業化的鋰離子電池的能量密度提出了更高的需求。眾所周知，高的可逆容量和電池工作電壓可以提高鋰離子電池的能量密度。

鋰電正極材料如三元材料鎳鈷錳酸鋰(NCM)等具有高的可逆容量和工作電壓，低成本和原料來源豐富等優點，是一種極有應用前景的鋰離子電池材料，因而在現階段受到廣泛的關注。然而，三元高壓正極材料在循環過程中存在嚴重的過渡金屬溶解，從而影響電池的容量和壽命。電解液本身存在的水，以及電池在循環過程中自身產生的水與鋰鹽尤其是氟代鋰鹽反應形成的氫氟酸和質子酸(HF/H⁺)，會進攻電極材料，從而造成過渡金屬溶解。除去電解液在生產，轉移和使用過程中引入的水，有望大大緩解正極材料的過渡金屬溶解，從而提高電池的能量密度和使用壽命。然而，現階段旨在減少電解質中水含量的常規除水工藝不僅耗能耗時，而且成本高。并且，這些常規的除水，只能減少電池組裝過程之前，電解液中本身存在的水，而不能有效的除去電池在循環過程中自身產生的水，因此，除水通常是一次性的，且效果有限。

發明內容

解決的技術問題：為了克服現有技術的不足，采用兩次活化的方法制備獲得多孔材料自支撐膜，且該自支撐膜的成分以金屬有機框架材料或分子篩為主，孔徑為0.1-1.5nm，并將其作為高效的、可回收的、內置的實時高壓鋰電池電解液除水劑，從而可逆地吸收/解吸收電解液中存在的水分子，達到高效除水的目的，進而減少鋰電正極在循環過程中普遍存在的過渡金屬溶解，最終提高電池的電化學性能；同時，多孔材料自支撐膜具有可回收的優點，可以循環利用；鑒于此，本發明提供了多孔材料自支撐膜及其制備方法和應用。

技術方案：多孔材料自支撐膜的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

第1步、制備多孔材料粉體

將硝酸銅鹽、1,3,5-三苯甲酸分別溶于無水乙醇中，然后將硝酸銅鹽溶液緩慢加至1,3,5-三苯甲酸溶液中，室溫條件下攪拌后靜置老化、離心、清洗干燥，獲得多孔材料粉體；

第2步、多孔材料粉體活化

將第1步制備獲得的多孔材料粉體置于密閉真空環境中，進行第一次活化，70-180℃真空活化8-72小時；

第3步、制備多孔材料自支撐膜