[發(fā)明專利]一種用于堿金屬基電池的高強度功能隔膜及制備方法和堿金屬基電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011596279.6
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112635917A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設計）人: 陸盈盈;沈澤宇
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M50/451
• 分類號: H01M50/451;H01M50/403;H01M10/052
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發(fā)明涉及堿金屬基電池技術領域，針對堿金屬電池目前引入無機涂層的人工固態(tài)電解質界面膜等對堿金屬陽極的效用有限的問題，公開一種用于堿金屬基電池的高強度功能隔膜及制備方法和堿金屬基電池，隔膜包括聚合物底膜和設置在聚合物底膜上的絕緣涂層；絕緣涂層由為納米金剛石、納米蒙脫石、納米云母中的至少一種和有機粘結劑在聚合物底膜上涂覆制成。本發(fā)明采用不導電、高強度且本征化學惰性的無機顆粒，利用堿金屬沉積/剝離過程中的應力變化實現(xiàn)納米顆粒從隔膜到堿金屬陽極界面的自轉移，作為人工電子隧穿勢壘維持SEI膜的低電子電導，組裝的堿金屬電池庫倫效率、循環(huán)壽命及安全性均得到了顯著提升。

技術領域

本發(fā)明涉及堿金屬基電池技術領域，具體涉及一種用于堿金屬基電池的高強度功能隔膜及制備方法和堿金屬基電池。

背景技術

堿金屬陽極例如鋰、鈉具有比石墨負極更高的理論比容量和更低的電極電勢，是追求高能量密度電池的一種有前途的方法。然而，堿金屬陽極沉積過程存在枝晶問題，面臨循環(huán)穩(wěn)定性差，安全隱患高等許多嚴峻挑戰(zhàn)，限制了堿金屬電池的商業(yè)應用。

在堿金屬電池中，降低固態(tài)電解質界面膜的電子電導能夠有效抑制電子隧穿，從而鈍化堿金屬陽極，阻止其與電解液的持續(xù)副反應。人工固態(tài)電解質界面膜例如LiF、Li₃PO₄、Li₃N和電解質改性液例如全氟電解液、高濃電解液、雙鹽電解液被用來形成富含無機成分的固態(tài)電解質界面膜以增強其保護功能。

然而，人工無機涂層可能損害固態(tài)電解質界面膜的離子電導和機械強度，引發(fā)其破裂導致局部電子泄露（He et.al., The intrinsic behavior of lithium fluoride insolid electrolyte interphases on lithium, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.2020, 117, 73）；電解液自發(fā)形成的固態(tài)電解質界面膜無機晶體隨機分布，不具有定向調控枝晶周圍電場的能力（Zheng et.al., Regulating Electrodeposition Morphology ofLithium: Towards Commercially Relevant Secondary Li Metal Batteries, Chem.Soc. Rev. 2020, 49, 2701）。因此上述策略穩(wěn)定堿金屬陽極的效用有限。此外，上述方法制備過程繁瑣，成本高，與現(xiàn)存技術工藝不適配，不利于商業(yè)化生產。

發(fā)明內容

針對堿金屬電池目前引入無機涂層的人工固態(tài)電解質界面膜等對堿金屬陽極的效用有限，引起堿金屬電池循環(huán)穩(wěn)定性差、安全隱患高的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于堿金屬基電池的高強度功能隔膜，可以更有效的穩(wěn)定堿金屬陽極，使堿金屬電池獲得較優(yōu)的循環(huán)穩(wěn)定性。

本發(fā)明另一目的在于提供用于堿金屬基電池的高強度功能隔膜的制備方法，制備工藝過程簡單，成本低，利于商業(yè)化生產。

本發(fā)明再一目的為提供使用了上述堿金屬基電池的高強度功能隔膜的堿金屬基電池。

本發(fā)明提供如下的技術方案：

一種用于堿金屬基電池的高強度功能隔膜，所述隔膜包括聚合物底膜和設置在聚合物底膜上的絕緣涂層；

所述絕緣涂層由包含無機顆粒和有機粘結劑的漿料在聚合物底膜上涂覆制成。

作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述無機顆粒為納米金剛石、納米蒙脫石、納米云母中的至少一種；所述無機顆粒的粒徑為50~500nm。