[發明專利]一種隔膜、其制備方法以及鋰金屬電池

在審

• 申請號: 202110486163.5
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113193300A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 黃成;徐雄文;王志斌;袁依婷;李玉冰
• 申請（專利權）人: 湖南立方新能源科技有限責任公司
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/414;H01M50/449;H01M50/489;H01M10/052
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉奕

本發明提供一種隔膜，包括隔膜基材，以及設置于所述隔膜基材表面的陽離子有機高分子層；所述陽離子有機高分子層由陽離子有機高分子材料制成，所述陽離子有機高分子材料包括聚乙烯亞胺，丙烯酰胺類陽離子聚合物，陽離子改性天然高分子，烷基烯丙基鹵化銨類聚合物，聚環氧氯丙烷?胺類中的至少一種。該隔膜能夠促進金屬鋰的均勻沉積，抑制鋰枝晶的生長，阻礙其穿刺隔膜造成短路，降低鋰金屬電池的安全風險，提升其循環穩定性。除此之外，本發明還提供該隔膜的制備方法以及包含該隔膜的鋰金屬電池，同樣具有上述技術效果。

技術領域

本發明屬于電化學儲能技術領域，尤其涉及一種隔膜、其制備方法以及鋰金屬電池。

背景技術

隨著電動車市場的蓬勃發展，汽車電子需求量持續擴容，對可充電電池的能量密度要求也越來越高。目前，以過渡金屬氧化物為正極，石墨為負極的商業化鋰離子電池的能量密度正逐漸接近其理論極限。因此，迫切需要探索和開發高能量密度的電極材料。

金屬鋰因具有極高的理論比容量(3860mAh·g^-1)和最低的電化學電位-3.04V(vs標準氫電極)，被譽為負極材料中的“圣杯”，以它作為負極可以得到高能量密度的鋰金屬電池。然而，金屬鋰負極也面臨著幾個關鍵挑戰：鋰枝晶的生長，電解液/負極界面的副反應和金屬鋰在循環過程中的體積變化。其中，鋰枝晶問題最為嚴峻，尖銳的鋰枝晶可能會穿透隔膜，導致電池短路，帶來嚴重的安全問題。另外，鋰枝晶在溶解過程中也容易形成“死鋰”，導致活性鋰的損失，造成容量迅速衰減。

目前，針對鋰枝晶的生長問題，一方面是對金屬鋰負極進行表面修飾或者結構改進，以期形成人造SEI膜保護鋰負極或降低局部電流，但該方法技術控制難度較高。另一方面，可以通過加入添加劑和溶劑來優化電解液，但是這些新型添加劑和溶劑往往價格昂貴且會被持續消耗難以補充，不僅造成成本劣勢而且難以長久發揮作用。

因此，如何提供一種能夠促進金屬鋰的均勻沉積，抑制鋰枝晶生長的隔膜，成為了本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種隔膜，該隔膜能夠促進金屬鋰的均勻沉積，抑制鋰枝晶的生長，阻礙其穿刺隔膜造成短路，降低鋰金屬電池的安全風險，提升其循環穩定性。除此之外，本發明還提供該隔膜的制備方法以及包含該隔膜的鋰金屬電池，同樣具有上述技術效果。

本發明提供一種隔膜，包括隔膜基材，以及設置于所述隔膜基材表面的陽離子有機高分子層；所述陽離子有機高分子層由陽離子有機高分子材料制成，所述陽離子有機高分子材料包括聚乙烯亞胺，丙烯酰胺類陽離子聚合物，陽離子改性天然高分子，烷基烯丙基鹵化銨類聚合物，聚環氧氯丙烷-胺類中的至少一種。

優選的，烷基烯丙基鹵化銨類聚合物包括烷基二烯丙基氯化銨的均聚物和共聚物，例如聚二甲基二烯丙基氯化銨。

優選的，所述丙烯酰胺類陽離子聚合物包括陽離子型聚丙烯酰胺，多胺型聚丙烯酰胺，二甲基二烯丙基氯化銨-丙烯酰胺共聚物，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨-丙烯酰胺共聚物，丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨-丙烯酰胺共聚物，或其它陽離子單體與丙烯酰胺的共聚物中的至少一種。

具體的，多胺型聚丙烯酰胺是通過曼尼希反應在聚丙烯酰胺上引入胺類分子制備得到的。

優選的，所述隔膜基材包括聚丙烯膜，聚乙烯膜，聚丙烯/聚乙烯雙層膜，聚丙烯/聚丙烯雙層膜，聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯多層膜，聚酯膜，纖維素膜，聚酰亞胺膜，聚酰胺膜，氨綸膜，芳綸膜，無紡布膜，隔膜紙，織造膜，碾壓膜中的任一種。

優選的，所述隔膜基材經過功能涂層處理。

優選的，所述功能涂層處理包括但不限于陶瓷功能涂層處理，PVDF涂層處理，PMMA涂層處理等。

其中，陶瓷功能涂層有利于阻止鋰枝晶穿透隔膜；PVDF涂層一方面因為含氟有利于形成良好的SEI，另一方面有益于實現良好界面接觸。