[發明專利]一種銣摻雜隔膜、制備方法及鋰電池

有效

• 申請號: 202010823415.4
• 申請日: 2020-08-17
• 公開（公告）號: CN111952520B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 唐浩林;王仲明;陳智偉;陳志華;詹心泉
• 申請（專利權）人: 光鼎銣業（廣州）集團有限公司
• 主分類號: H01M50/44
• 分類號: H01M50/44;H01M50/446;H01M50/457;H01M50/403;H01M10/052;H01M10/42
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 張秋燕

本發明公開了一種銣摻雜隔膜、制備方法及鋰電池，該方法包括：S1）將銣源、鋰源、氫氧化鈉、尿素分散于水中共混，獲得B層混合水溶液；將銣源、鋰源、銫源、氫氧化鈉、尿素分散于水中共混，獲得A1/A2層混合水溶液；S2）將亞麻纖維素進行熱活化處理，然后分別分散于B層混合水溶液、A1/A2層混合水溶液中冷凍；S3）將冷凍后的B層熱活化亞麻纖維素混合物、A1/A2層熱活化亞麻纖維素混合物解凍同步牽引成膜。本發明通過銣離子/銫離子摻雜形成大孔徑的離子通道，促進鋰離子傳導；同時充分利用亞麻纖維素在高溫條件下優良的力學性，提供鋰電池隔膜材料所需的力學強度。

技術領域

本發明屬于鋰電池隔膜制備領域，尤其涉及一種銣摻雜隔膜、制備方法及鋰電池。

背景技術

隔膜是鋰電池的關鍵內層組件之一，其性能決定了電池的界面結構、內阻等。為保證鋰電池的容量、循環以及安全等性能，隔膜需要具備一定的孔徑和孔隙率，保證低的電阻和高的離子電導率，同時需要具備足夠的力學性能。

目前的鋰電池隔膜多采用聚烯烴膜材料，如PE熔點為128～135℃，PP為150～160℃，在高溫條件下其孔徑及力學性能都會下降，進而導致電池內阻高、離子電導率低、安全性能差。

發明內容

針對上述現有技術中鋰電池隔膜材料離子導電率低、力學性差的技術問題，本發明提出一種銣摻雜隔膜、制備方法及鋰電池，通過銣離子/銫離子摻雜形成大孔徑的離子通道，促進鋰離子傳導；同時充分利用亞麻纖維素在高溫條件下優良的力學性，提供鋰電池隔膜材料所需的力學強度，進而保證鋰電池的高溫循環穩定性。

為實現上述目的，本發明提供了一種銣摻雜隔膜，包括A1、B、A2三層結構；所述B層位于中間層，包含亞麻纖維素、銣化合物、鋰化合物組分；所述A1、A2層位于上下表層，包含亞麻纖維素、銣化合物、鋰化合物及銫化合物組分。

優先地，所述B層的厚度為4～8μm，是由質量比0.5～1：3～5：4～5：0.5～1：50～80將銣源、鋰源、氫氧化鈉、尿素分散和去離子水共混成B層混合水溶液處理得到的，并且B溶液與熱處理的亞麻纖維的質量比為1～2:1。

優先地，所述A1、A2層的厚度為6～15μm，按照質量比0.5～1：3～5：0.3～0.6：4～5：0.5～1：50～80將銣源、鋰源、銫源、氫氧化鈉、尿素和去離子水共混，獲得A1/A2層混合水溶液，并將其與熱處理的亞麻纖維的質量比為1～2:1而得到的。

優選地，所述銣化合物為氫氧化銣(RbOH)或碳酸銣(Rb₂CO₃)等，鋰化合物為氫氧化鋰(LiOH)或碳酸鋰(Li₂CO₃)等，銫化合物為碳酸銫(Cs₂CO₃)或碳酸氫銫(CsHCO₃)等。

另外，本發明提供一種銣摻雜隔膜的制備方法，包括以下步驟：

S1)按照質量比0.5～1：3～5：4～5：0.5～1：50～80將銣源、鋰源、氫氧化鈉、尿素和水共混，獲得B層混合水溶液；

按照質量比0.5～1：3～5：0.3～0.6：4～5：0.5～1：50～80將銣源、鋰源、銫源、氫氧化鈉、尿素和水共混，獲得A1/A2層混合水溶液；

S2)將亞麻纖維素置于150～200℃環境熱活化0.5～1h，獲得熱活化亞麻纖維素，然后按照質量比1：1～2分別將熱活化亞麻纖維素分散于步驟S1)制備的B層混合水溶液、A1/A2層混合水溶液中，并置于﹣18～﹣50℃環境下冷凍5～10h，分別得到冷凍后的B層熱活化亞麻纖維素混合物、A1/A2層熱活化亞麻纖維素混合物；

S3)分別將步驟S2)冷凍后的B層熱活化亞麻纖維素混合物、A1/A2層熱活化亞麻纖維素混合物在10～25℃環境下先后靜置解凍3～10h、攪拌解凍1～2h，得到B層纖維素鑄膜液、A1/A2層纖維素鑄膜液；