阳离子交换树脂改性隔膜及其制备方法和应用、钠离子电池与流程

本发明涉及电池，尤其是涉及一种阳离子交换树脂改性隔膜及其制备方法和应用、钠离子电池。

背景技术：

1、钠离子电池是以层状氧化物（如镍铁锰氧化物和铜铁锰氧化物为主）材料、普鲁士蓝类似物（如铁基普鲁士白等）材料、聚阴离子（如硫酸铁钠、磷酸铁钠等）作为正极，碳材料（如硬碳、软碳）作为负极的电池，主要以酯类和醚类作为溶剂，加入na+金属盐（如氟钠盐、硼钠盐和高氯酸盐等）电解质以及多种添加剂（如成膜类、阻燃类和过充保护类等），形成电解液。虽然钠离子电池具有低温性能好、成本低廉、安全性高和循环寿命较长等优点，但是其仍然存在严重的低电压析气问题，其中高温低电压析气更加明显。除此之外，聚阴离子（如硫酸铁钠）和层状氧化物（如镍铁锰氧化物）等材料的高电压过渡金属离子溶出现象严重，这将导致正极材料容量的衰减和负极表面过渡金属离子的沉积，结果会导致容量出现不可逆的衰减。

2、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种阳离子交换树脂改性隔膜，以解决上述技术问题。

2、本发明的第二目的在于提供上述阳离子交换树脂改性隔膜的制备方法。

3、本发明的第三目的在于提供上述阳离子交换树脂改性隔膜在制备钠离子电池中的应用。

4、本发明的第四目的在于提供一种钠离子电池。

5、为了实现以上目的，特采用以下技术方案：

6、第一方面，本发明提供了一种阳离子交换树脂改性隔膜，包括基膜和涂覆于所述基膜上的阳离子交换树脂层；

7、按质量份数计，所述阳离子交换树脂层包括：吸附有金属离子的阳离子交换树脂0.8-1.2份和粘结剂6.4-10.6份；

8、所述金属离子包括mn2+或na+中的至少一种。

9、作为进一步技术方案，所述基膜包括：聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、聚醚砜隔膜或聚四氟乙烯隔膜。

10、作为进一步技术方案，所述粘结剂包括：丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇。

11、作为进一步技术方案，按质量份数计，所述阳离子交换树脂层还包括分散剂0.4-0.6份；

12、所述分散剂包括羧甲基纤维素。

13、作为进一步技术方案，所述吸附有金属离子的阳离子交换树脂的颗粒大小为1-5μm。

14、作为进一步技术方案，所述基膜的厚度为10-20μm；

15、所述阳离子交换树脂层的厚度为3-20μm。

16、第二方面，本发明提供了上述阳离子交换树脂改性隔膜的制备方法，包括以下步骤：

17、将阳离子交换树脂于金属离子溶液中浸泡，获得吸附有金属离子的阳离子交换树脂，然后将吸附有金属离子的阳离子交换树脂与粘结剂、任选的分散剂和水混合获得阳离子交换树脂浆料，再将阳离子交换树脂浆料涂覆于基膜表面，依次经过干燥和辊压处理后，制备得到阳离子交换树脂改性隔膜。

18、第三方面，本发明提供了上述阳离子交换树脂改性隔膜在制备钠离子电池中的应用。

19、第四方面，本发明提供了一种钠离子电池，所述钠离子电池的隔膜为上述阳离子交换树脂改性隔膜。

20、作为进一步技术方案，所述阳离子交换树脂改性隔膜的阳离子交换树脂层与钠离子电池的正极片贴合。

21、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

22、1. 利用商用阳离子交换树脂作为隔膜涂覆原料，价格便宜，耐酸碱性，耐高低温，不溶于水和有机溶剂（不溶于水则可以在金属盐中完成离子交换），理化性质稳定。

23、2. 将阳离子交换树脂层贴合正极，在电池放电时（特别是高电压），可脱附na+，mn2+（mn2+可以平衡三元材料的歧化）等金属离子，吸附电解液中多余h+从而降低低电压析气（由于串扰效应，放电有h+的积聚，低电压析气的原因）；在电池充电时（特别是高电压），可吸附正极材料溶出的过渡金属离子，如fe3+，mn2+，ni+等（fe3+，ni+，mn2+的吸收减少了在负极的沉积），脱附na+和h+（高电位h+浓度低且有稳定sei膜，不会造成析气）。

24、3. 利用涂覆阳离子交换树脂和粘结剂的方法，在工业上也较好实现。

25、4. 本发明提供的阳离子交换树脂改性隔膜具有离子交换能力和更好的抗穿刺能力，具有提升钠离子电池安全性和循环寿命的效果。

技术特征：

1.一种阳离子交换树脂改性隔膜，其特征在于，包括基膜和涂覆于所述基膜上的阳离子交换树脂层；

2.根据权利要求1所述的阳离子交换树脂改性隔膜，其特征在于，所述基膜包括：聚丙烯隔膜、聚乙烯隔膜、聚醚砜隔膜或聚四氟乙烯隔膜。

3.根据权利要求1所述的阳离子交换树脂改性隔膜，其特征在于，所述粘结剂包括：丁苯橡胶、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇。

4.根据权利要求1所述的阳离子交换树脂改性隔膜，其特征在于，按质量份数计，所述阳离子交换树脂层还包括分散剂0.4-0.6份；

5.根据权利要求1所述的阳离子交换树脂改性隔膜，其特征在于，所述吸附有金属离子的阳离子交换树脂的颗粒大小为1-5μm。

6.根据权利要求1所述的阳离子交换树脂改性隔膜，其特征在于，所述基膜的厚度为10-20μm；

7.权利要求1-6任一项所述阳离子交换树脂改性隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.权利要求1-6任一项所述的阳离子交换树脂改性隔膜在制备钠离子电池中的应用。

9.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的隔膜为权利要求1-6任一项所述的阳离子交换树脂改性隔膜。

10.根据权利要求9所述的钠离子电池，其特征在于，所述阳离子交换树脂改性隔膜的阳离子交换树脂层与钠离子电池的正极片贴合。

技术总结本发明提供了一种阳离子交换树脂改性隔膜及其制备方法和应用、钠离子电池，涉及电池技术领域。本发明提供的阳离子交换树脂改性隔膜，包括基膜和涂覆于基膜上的阳离子交换树脂层；按质量份数计，阳离子交换树脂层包括：吸附有金属离子的阳离子交换树脂0.8‑1.2份和粘结剂6.4‑10.6份；金属离子包括Cu2+、Fe3+、Mn2+、Ni+或Na+中的至少一种。该阳离子交换树脂改性隔膜具有离子交换能力和更好的抗穿刺能力，具有提升钠离子电池安全性和循环寿命的效果。技术研发人员：周世昊,李享,张伟清,杨庆亨受保护的技术使用者：江苏中兴派能电池有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25