[發明專利]一種用于鋰硒電池的復合隔膜及其制備方法、鋰硒電池

在審

• 申請號: 202210588211.6
• 申請日: 2022-05-27
• 公開（公告）號: CN114927827A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 姜鵬;鞏超;鞠署元;王慶偉
• 申請（專利權）人: 山東海科創新研究院有限公司
• 主分類號: H01M50/446
• 分類號: H01M50/446;H01M50/451;H01M50/431;H01M50/417;H01M50/414;H01M50/403;H01M10/052
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 劉樂

本發明提供了一種用于鋰硒電池的復合隔膜，包括聚烯烴基膜；復合在聚烯烴基膜至少一面上的導鋰離子聚合物涂層；復合在導鋰離子聚合物涂層上的導電涂層；所述導電涂層中包括金屬硒化物/石墨烯復合材料。該功能隔膜可以有效抑制鋰硒電池充放電過程中聚硒化物在硒正極與鋰負極之間的穿梭效應，同時明顯改善鋰枝晶的問題，進而顯著提升鋰硒電池的循環性能、倍率性能及安全性能。而且導鋰離子聚合物涂層進一步增大了電解液的吸液量，兩者協同效應明顯改善鋰硒電池的循環性能。且本發明提供的制備工藝簡單，方便涂覆，成本低，涂覆隔膜效率高，成品率高，具有很強的應用潛力與商業價值，易于在工業上實施和大批量生產。

技術領域

本發明屬于鋰硒電池隔膜材料技術領域，涉及一種用于鋰硒電池的復合隔膜及其制備方法、鋰硒電池，尤其涉及一種用于鋰硒電池的功能復合隔膜及其制備方法、鋰硒電池。

背景技術

隨著化石能源被不斷地消耗，我們所面臨的能源危機及化石能源在利用過程中所引發的環境污染等問題日益加劇，需要開發新的清潔型能源，比如風能、太陽能、地熱能等。但是清潔型能源的利用離不開電化學儲能裝置。具有安全、高效、環保的鋰硒電池被廣泛的研究，但是受限于傳統正極材料理論比容量低的限制，它們的能量密度很難再有所提升，如果通過提升電壓來提升能量密度，就會引發一些安全問題。隨著我們生活水平的提高，我們對能量密度的要求越來越高。

鋰硒電池是一種新型鋰二次電池體系，其利用單質硒作為正極，金屬鋰為負極，由于硒密度大，導電性好，電位高，具有很高的理論體積比容量(3253mAh·cm^-3)。與金屬氧化物正極材料相比，比容量高，與同族硫正極相比，硒的導電性高、活性物質利用率高、容量衰減小，作為新型金屬鋰二次電池，具有非常重要的應用潛力。但也存在一些基本的問題需要解決，例如鋰硒電池在實際應用中存在著多硒化物的穿梭效應、活性物質的粉化及金屬鋰枝晶等問題。如專利號CN107834005A公開了一種通過g-C₃N₄、導電劑、粘結劑為涂層的復合隔膜，由于鋰硒電池的反應動力學較慢，其僅僅通過化學吸附的作用減弱聚硒化物的穿梭效應，不能減少聚硒化物在電解液中的存在時間，效果不明顯，且鋰金屬電池的鋰枝晶問題仍然沒有改善。目前，現有的方案大多是通過物理限域，如導電碳材料，或化學吸附改性方式，如在碳材料表面接枝極性基團，來抑制聚硒化物的穿梭效應，但活性物質硒的反應動力學較慢，不可避免的造成中間產物--聚硒化物的溶解，引起的穿梭效應造成電池的循環性能和倍率性能變差。而且鋰硒電池是用金屬鋰作為負極，由于充放電過程中鋰的不均勻沉積，形成的鋰枝晶易刺穿隔膜造成電池短路，進而引發安全問題。而現有工藝直接在隔膜上涂覆導電涂層增大了電池短路的風險。

因此，如何找到一種合適方法，能夠解決鋰硒電池存在的上述問題，進一步提升鋰硒電池的性能，已成為業內諸多一線研究人員亟待解決的關鍵技術問題之一。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種用于鋰硒電池的復合隔膜及其制備方法、鋰硒電池。本發明提供的用于鋰硒電池的復合隔膜，可以提升鋰硒電池的循環性能，并且解決負極形成鋰枝晶時造成的電池短路問題，提升電池的安全性能。而且工藝簡單，可控性強，易于規?；a。

本發明提供了一種用于鋰硒電池的復合隔膜，包括聚烯烴基膜；

復合在聚烯烴基膜至少一面上的導鋰離子聚合物涂層；

復合在導鋰離子聚合物涂層上的導電涂層；

所述導電涂層中包括金屬硒化物/石墨烯復合材料。

優選的，所述導鋰離子聚合物包括聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯腈和聚砜中的一種或多種；

所述金屬硒化物包括VIB族過渡金屬硒化物和/或后過渡金屬硒化物；

所述金屬硒化物為二維片層金屬硒化物。

優選的，所述金屬硒化物/石墨烯復合材料中，金屬硒化物分散負載在石墨烯片層上；