[發(fā)明專利]二次離子電池容量補(bǔ)償功能性隔膜、制備方法和應(yīng)用及電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211484389.2
• 申請(qǐng)日: 2022-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN115799761A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫潔;毛悅;潘福生;楊文勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué);北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M50/449
• 分類號(hào): H01M50/449;H01M10/0525;H01M10/054;H01M10/42;H01M50/403;H01M50/497
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發(fā)明公開了一種二次離子電池容量補(bǔ)償功能性隔膜，包括涂覆在隔膜基材表面的涂層，所述涂層的組分包括磷基化合物、導(dǎo)電材料和粘結(jié)劑，所述磷基化合物與導(dǎo)電材料與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為5～15：1：1；將該隔膜用于制備二次堿金屬離子電池，本發(fā)明還提供了一種二次離子電池，包括正極、負(fù)極和涂覆有涂層的隔膜，裝配電池時(shí)，將隔膜涂覆有涂層的一面面向正極側(cè)。本發(fā)明中，通過添加磷基化合物，在二次離子電池首周充電過程中，磷基化合物優(yōu)先于正極脫出活性離子補(bǔ)充負(fù)極側(cè)參與形成固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI)所消耗的活性離子，提升二次離子電池首周庫倫效率，降低二次離子電池的不可逆容量損失，提升能量密度及長循環(huán)壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二次離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有容量補(bǔ)償涂層的電池隔膜及二次離子電池。

背景技術(shù)

在化石燃料日漸枯竭以及環(huán)境問題加劇的前提下，作為高效的電能與化學(xué)能轉(zhuǎn)化裝置，二次離子電池備受關(guān)注。二次離子電池具有能量密度高、便攜、環(huán)境污染小等諸多優(yōu)勢(shì)，成為人類社會(huì)不可或缺的儲(chǔ)能和供能設(shè)備。然而，隨著人類不斷提升的對(duì)更高能量密度的需求，提升電池的能量密度和循環(huán)壽命成為開發(fā)二次離子電池的重要研究方向。

在二次離子電池首次充電過程中，伴隨著電解液的分解，負(fù)極側(cè)會(huì)消耗大量活性離子參與形成固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI)，造成電池的首周庫倫效率降低。巨大的不可逆容量損失，對(duì)于提升電池容量、倍率性能和循環(huán)壽命都造成限制。通過容量補(bǔ)償技術(shù)對(duì)二次離子電池首周充電過程由于參與形成SEI而消耗的活性離子進(jìn)行補(bǔ)充，是目前提升二次離子電池能量密度和循環(huán)壽命較為可行的方法之一。

目前容量補(bǔ)償工藝主要分為兩大類，正極容量補(bǔ)償工藝和負(fù)極容量補(bǔ)償工藝。負(fù)極容量補(bǔ)償工藝一般采用金屬粉末作為活性物質(zhì)來源，如CN114270565A中使用鈉金屬粉末進(jìn)行負(fù)極預(yù)鈉化。但金屬粉末能與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，不具有安全性。正極容量補(bǔ)償工藝一般通過在正極漿料中混入高容量容量補(bǔ)償添加劑，如發(fā)明CN115132995A公布了一種正極預(yù)鋰化漿料的制備方法，然而該策略會(huì)導(dǎo)致正極活性物質(zhì)比例下降，對(duì)二次離子電池能量密度造成不利影響。由此，提出一種能夠提升電池首周庫倫效率，進(jìn)而提升電池能量密度及循環(huán)壽命的二次電池隔膜是本領(lǐng)域亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種二次離子電池容量補(bǔ)償功能性隔膜，該隔膜包括涂覆在隔膜基材表面的涂層，其特征在于，所述涂層的組分包括磷基化合物、導(dǎo)電材料和粘結(jié)劑，所述磷基化合物與導(dǎo)電材料與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為5～15：1：1；所述磷基化合物是Li_xP_y和Na_mP_n中的一種或兩種，其中，0x≤3，0y≤11，0m≤3，0n≤11。

進(jìn)一步講，本發(fā)明所述的隔膜，其中：

所述Li_xP_y選自Li₃P、LiP、Li₃P₇、LiP₄、LiP₅、LiP₇、LiP₈、LiP₁₀中的一種或多種。

所述Na_mP_n選自Na₃P、NaP、Na₃P₁₁、Na₄P、Na₅P、Na₇P、NaP₁₀中的一種或多種。

所述導(dǎo)電材料為還原氧化石墨烯(rGO)、短多壁碳納米管(s-MWCNTs)、科琴黑(KB)和有序介孔碳(CMK-3)中的一種或多種。

所述粘結(jié)劑為聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡膠乳液(SBR)和羧甲基纖維素(CMC)中的一種或多種。