[發(fā)明專利]一種用于保護鋰金屬表面的有機聚合物-無機顆粒復合膜的制備

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• 申請日: 2020-03-02
• 公開（公告）號: CN111244391A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張強;丁俊凡;閆崇;黃佳琦
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學
• 主分類號: H01M4/08
• 分類號: H01M4/08;H01M4/62;H01M4/06;H01M6/14
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發(fā)明屬于鋰金屬一次電池中的技術(shù)，尤其涉及一種用于保護鋰金屬表面的有機聚合物?無機顆粒復合膜的制備方法；具體制備過程包括如下步驟：1)將有機聚合物溶解在分散溶劑中得到聚合物溶液；2)將無機顆粒加入聚合物溶液中均勻分散得到復合漿料；3)將復合漿料涂覆在鋰金屬表面成膜。該方法制備出的復合膜保護鋰金屬能大大抑制鋰金屬表面與電解液界面接觸處熱力學自發(fā)的腐蝕反應，減少鋰表面的副反應，能夠大大提高鋰金屬一次電池的靜置壽命，降低其自放電率，并且提高高溫安全特性，在改善鋰金屬一次電池安全性與壽命方面具有良好的應用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種保護鋰金屬一次電池中的鋰金屬表面以提高其高溫安全性和循環(huán)性的方法。

背景技術(shù)

隨著科技的快速發(fā)展，人們對一次電池能量密度的需求也在快迅速增加。鋰一次電池是一種高能化學原電池，俗稱鋰電池。鋰金屬一次電池以金屬鋰為負極，金屬氧化物或其他固體、液體氧化劑為正極活性物，所用電解質(zhì)為固體鹽類或溶于有機溶劑的鹽類。鋰一次電池的質(zhì)量比容量和體積比容量均遠大于普通一次電池如鋅錳電池、鋅汞電池等，因此受到了人們的廣泛關(guān)注。它可用作手表、計算器、電子玩具、釣魚電池、電子儀表、筆記本電腦的備用電源、各種設(shè)備上的記憶電源、小型醫(yī)療設(shè)備中；產(chǎn)品質(zhì)量快速提升，應用領(lǐng)域不斷擴展，成為我國智能化、信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要基石。

然而，鋰金屬電池的高溫安全性成為一種隱患。例如，鋰二氧化錳電池在高溫環(huán)境下，二氧化錳不可逆地溶于電解液，同時電解液不斷分解。同時，金屬鋰的活潑性很高，在高溫的情況下，有可能出現(xiàn)與電解液發(fā)生劇烈反應產(chǎn)熱導致燃燒、爆炸等重大安全事故。此外，鋰金屬電池的自放電率也限制了它的儲存壽命。因此，采用一定的策略構(gòu)筑一種擁有較好高溫安全性和低自放電率的鋰金屬一次電池具有很高的應用價值。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種用于保護鋰金屬表面有機聚合物-無機顆粒復合膜的制備方法，制備出的有機聚合物-無機顆粒復合膜保護鋰金屬電池的高溫安全特性得到了極大提高。同時，此復合膜能抑制鋰金屬表面與電解液界面接觸處熱力學自發(fā)的腐蝕反應，減少鋰表面的副反應，能夠大大提高鋰金屬一次電池的靜置壽命，降低其自放電率。

用于解決技術(shù)問題的方法

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種用于保護鋰金屬表面有機聚合物-無機顆粒復合膜的制備方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供一種保護鋰金屬表面的有機聚合物-無機顆粒復合膜的制備方法，其包括以下步驟：

1)將有機聚合物溶解在分散溶劑中得到聚合物溶液；

2)將無機顆粒加入聚合物溶液中均勻分散得到復合漿料；

3)將復合漿料涂覆在鋰金屬表面成膜。

一種實施方式為，其中，該聚合物為聚丙烯腈，聚二甲基硅氧烷，聚環(huán)氧乙烷，聚偏氟乙烯，聚氯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇苯基醚丙烯酸酯、聚乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物的一種或幾種。

一種實施方式為，其中，所用分散溶劑為N-甲基吡咯烷酮、丙酮、四氫呋喃、二甲基亞砜、二甲苯的一種或幾種。

一種實施方式為，其中，所述無機顆粒為鋰鑭鋯氧、鋰鑭鉭氧、金屬元素摻雜鋰鑭鋯氧顆粒、硫化物顆粒、NASICON型無機顆粒、鈣鈦礦型無機顆粒的一種或幾種；無極顆粒相對于有機聚合物和無機顆粒總質(zhì)量的添加量為5％-95％wt，粒徑在1nm～30μm。

一種實施方式為，其中，均勻分散采用機械攪拌法，攪拌溫度在室溫～80℃，攪拌時長為1～30h。

一種實施方式為，其中，成膜時，采用刮涂的方法將復合漿料涂覆在鋰金屬表面，膜在惰性氣體氣氛下干燥，干燥后厚度為0.1～500μm。