[發明專利]隔膜及電化學電池

有效

• 申請號: 202010161328.7
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111354902B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 何向明;盛麗;徐宏;王莉
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/44;H01M50/417;H01M50/489;H01M10/0525;C08G73/00
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 王賽

本發明提供一種隔膜，用于電化學電池，所述隔膜包括三維共價有機框架化合物，所述三維共價有機框架化合物由具有6個連接端基的三蝶烯類六價基團與具有4個連接端基的芘類四價基團通過連接基團在三維空間連接形成；在所述三維共價有機框架化合物的至少一部分中，每個三蝶烯類六價基團分別與相鄰的六個芘類四價基團連接，每個芘類四價基團分別與相鄰的四個三蝶烯類六價基團連接，構成正六角棱柱狀三維拓撲網絡結構。本發明還提供一種電化學電池。

技術領域

本發明屬于電化學電池領域，特別是涉及一種隔膜以及電化學電池。

背景技術

在過去的幾十年中，電解液的進步已使其在鋰離子電池電解質中占據主導地位。隨著消費性電子產品和新能源汽車的發展，人們對于鋰離子電池的能量密度、功率密度，以及循環可靠性的要求日益提高，相應的，對于在鋰離子電池中傳統被認為“可改進”的部分，如正負極材料和電解液的組分，進行了廣泛而深入的研究。然而，同樣是鋰離子電池不可缺少的組成部分，對于隔膜的研究則相對較少。在鋰離子電池中，隔膜用于分隔正極和負極，其本身為電絕緣，同時具有微孔，能夠使電解液中的電解質離子通過，從而具有導離子性。商用鋰離子電池中使用的大多數是具有拉伸形成的孔的聚烯烴隔膜，如聚乙烯隔膜或聚丙烯隔膜。隔膜由于不含有參與電化學反應的基團，通常被視為電池中的惰性元件，僅起到分隔作用。

由于隔膜對于正負極之間電解質的傳導起到一定阻隔作用，因此電池的有效離子傳導率可以由公式(1)表示：

其中，σ_ele為電解質自身的離子傳導率；ε為隔膜孔隙率，商用隔膜一般為30-50％；τ為隔膜微孔彎曲度，商用隔膜一般為2.5。則電解質通過隔膜時的有效離子傳導率僅為電解質自身離子傳導率的0.05-0.08，意味著由于隔膜的存在，使電解質離子的傳導率降低到原有的5％至8％。另一方面，電解質自身的離子傳導率無法無限的提高，由此限制了電解質在電池中有效離子傳導率的提高。電解質的低離子傳導率會導致電化學能量轉換的不充分和熱量的產生，從而導致電池性能下降。

發明內容

基于此，有必要提供一種隔膜及電化學電池，用于提高電解液在電化學電池中的有效離子傳導率。

一種隔膜，用于電化學電池，所述隔膜包括三維共價有機框架化合物，所述三維共價有機框架化合物由具有6個連接端基的三蝶烯類六價基團與具有4個連接端基的芘類四價基團通過連接基團在三維空間連接形成；所述三蝶烯類六價基團如式(1)所示，所述芘類四價基團如式(2)所示；在所述三維共價有機框架化合物的至少一部分中，每個三蝶烯類六價基團分別與相鄰的六個芘類四價基團連接，每個芘類四價基團分別與相鄰的四個三蝶烯類六價基團連接，構成正六角棱柱狀三維拓撲網絡結構，

在一實施例中，所述隔膜為由所述三維共價有機框架化合物組成的層狀結構。

在一實施例中，所述隔膜包括多孔隔膜基材，所述三維共價有機框架化合物填充在所述多孔隔膜基材的微孔中，或者涂覆在所述多孔隔膜基材的至少一表面。

在一實施例中，所述多孔隔膜基材選自有機聚合物多孔膜或者無機多孔膜中的任意一種，優選為聚乙烯多孔膜、聚丙烯多孔膜、聚乙烯-聚丙烯雙層多孔膜、聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯三層多孔膜、玻璃纖維多孔膜、無紡布多孔膜、電紡絲多孔膜、PVDF-HFP多孔膜及聚丙烯腈多孔膜中的任意一種；優選的，所述無紡布多孔膜為聚酰亞胺納米纖維無紡布、聚對苯二甲酸乙二酯納米纖維無紡布、纖維素納米纖維無紡布、芳綸納米纖維無紡布、尼龍納米纖維無紡布或聚偏氟乙烯納米纖維無紡布；優選的，所述電紡絲多孔膜為聚酰亞胺電紡絲膜、聚對苯二甲酸乙二酯電紡絲膜或聚偏氟乙烯電紡絲膜。

在一實施例中，所述三維共價有機框架化合物在所述多孔隔膜基材上的擔載量為1.03*10^-8g/cm²至5.15*10^-3g/cm²。