一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法

本发明涉及钠离子电池隔膜，特别是涉及一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法。

背景技术：

1、钠离子电池作为一种备受关注的新型储能装置，在电动汽车和可再生能源领域的应用日益广泛。钠(na)具有1160ma·h/g的高理论容量和-2.71v对于标准氢电极的低氧化还原电位。此外，与锂(li)和钾(k)金属电池相比，钠金属电池具有独特的优势，如元素丰度高、成本低廉，并且可以使用廉价、轻量化的铝电流集电器，使其更具可持续性。钠离子电池在低温性能、安全性能、快充性能和设备兼容性方面都具有显著的优势。因此有望在绿色能源转化和储存中发挥重要作用。

2、在钠离子电池领域，基于醚的电解质与钠离子兼容性良好，使钠的沉积/脱除过程的平均库仑效率高于99.9%。然而传统钠离子电池正极(如过渡金属氧化物、普鲁士蓝类似物和na3v2(po4)2f3的工作电压超过4.0v，其无法与醚类电解质配对，而碳酸酯类电解质能够很好的解决上述问题。但是由于碳酸酯类电解质与硬碳负极容易发生副反应，往往造成严重产气问题，导致钠离子电池存在严重的安全隐患和使用寿命衰减。

3、而硬碳负极产气的原因有以下几点：1）硬碳负极在电压平台区中会形成钠金属簇，碳酸酯类电解液会与其中的钠金属剧烈反应形成氢气、二氧化碳和乙烯；2）在硬碳负极表面，线性碳酸盐无法形成稳定的sei层，会持续被还原消耗以形成氢气和烷烃气体(例如甲烷和乙烯)，虽然环状碳酸盐形成更稳定的sei层，但也会产生氢气和烷烃气体；3）硬碳负极可能引起可溶性物质在钠离子电池中的交叉反应，导致气体释放，例如，水和可溶性物质氧化产生的质子，被还原生成氢气。

4、目前解决硬碳负极产气的方案包括优化电解液配方、改进电池设计以及控制电池工作条件等方法，但这些方法往往不能完全解决钠离子电池负极产气问题，且可能会增加制造成本或降低电池性能。因此，急需提供一种新的解决方案，以有效减轻钠离子电池负极的产气问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，制得了抑制硬碳负极产气的隔膜，可显著抑制钠离子电池硬碳负极产气，从而减少气体在电池内部的积聚，提高电池的安全性、稳定性和可靠性，且制备方法简单，可工业化生产。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，包括以下步骤，

3、s1、将改性剂与溶剂混合后搅拌，得到改性浆料a；

4、改性剂为聚丙烯酰胺，聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸甲酯，聚偏二氟乙烯中的一种或多种；

5、s2、向s1中的改性浆料a中加入交联剂进行搅拌，得到改性浆料b；

6、s3、将s2得到的改性浆料b涂覆到基膜表面，将涂覆后的基膜加热进行交联聚合反应后干燥，得到抑制硬碳负极产气隔膜。

7、优选的，s1中改性剂与溶剂的质量比为1~10:1~10。

8、优选的，s1中溶剂为纯水、无水乙醇、甲醇中的一种或多种。

9、优选的，s1中的搅拌转速为1000~2000 r/min，搅拌的时间为1~10h。

10、优选的，s2中交联剂与改性浆料a的质量比为1~10:1~100。

11、再优选的，改性剂和交联剂的质量比为1:1；

12、本发明通过控制各组分的用量以及交联聚合反应条件，以实现制备的隔膜具有显著抑制硬碳负极产气功能。本发明将改性剂和交联剂的质量比控制在上述范围，有利于改性剂和交联剂进行交联聚合反应，形成有效隔绝液体碳酸酯电解质的高分子聚合物涂层，具有3d导钠通道，可以在保证钠离子传导率的同时阻止碳酸酯直接接触硬碳负极被还原产气。通过控制溶剂和改性剂的质量比实现改性剂和交联剂的完全溶解，同时保持浆料具有合适的粘度，以使得在基膜上所涂覆改性层粘附稳定和厚度均匀。通过升温进行交联聚合反应，提升反应的速度，缩短反应时间，提高制备效率。

13、优选的，s2中交联剂为二乙烯三胺、硝酸铜、甲酰胺中的一种或多种。

14、优选的，s2中的搅拌转速为1000~2000 r/min，搅拌的时间为1~10h。

15、优选的，s3中涂覆的厚度为1~2μm。

16、优选的，s3中基膜为勃母石涂覆膜、氧化铝涂覆膜、pi膜、纤维素膜中的一种。

17、优选的，s3中涂覆膜交联聚合反应的温度为30~80℃，反应时间为2~10h，反应条件为空气气氛。

18、本发明将聚合反应温度控制在上述范围，加快了聚合反应速率，并提高了聚合物的分子量和交联密度，具有高交联密度的聚合物涂层可以提高隔膜的机械强度和热稳定性。

19、本发明的有益效果：

20、本发明采用上述一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，利用聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯中的一种或多种作为改性剂，二乙烯三胺、硝酸铜、甲酰胺中的一种或多种作为交联剂，将由改性剂和交联剂制备的浆料涂覆到隔膜表面，涂覆完成后将涂覆后的隔膜进行加热干燥，使改性剂与交联剂进行交联聚合反应，形成具有三维导钠结构的聚合物导钠涂层，使钠离子在聚合物导钠涂层中形成固相传导，有效阻止液态碳酸酯电解质和硬碳负极直接接触产气，制备得到一种抑制硬碳负极产气隔膜。

21、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，其特征在于：s1中改性剂与溶剂的质量比为1~10:1~10。

3.根据权利要求1所述的一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，其特征在于：s1中溶剂为纯水、无水乙醇、甲醇中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，其特征在于：s1中的搅拌转速为1000~2000 r/min，搅拌的时间为1~10h。

5.根据权利要求1所述的一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，其特征在于：s2中交联剂与改性浆料a的质量比为1~10:1~100。

6.根据权利要求1所述的一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，其特征在于：s2中交联剂为二乙烯三胺、硝酸铜、甲酰胺中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，其特征在于：s2中的搅拌转速为1000~2000 r/min，搅拌的时间为1~10h。

8.根据权利要求1所述的一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，其特征在于：s3中涂覆的厚度为1~2μm。

9.根据权利要求1所述的一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，其特征在于：s3中基膜为勃母石涂覆膜、氧化铝涂覆膜、pi膜、纤维素膜中的一种。

10.根据权利要求1所述的一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，其特征在于：s3中涂覆膜交联聚合反应的温度为30~80℃，反应时间为2~10h，反应条件为空气气氛。

技术总结本发明涉及钠离子电池隔膜技术领域，特别是涉及一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，包括以下步骤，将改性剂与溶剂混合后搅拌，得到改性浆料A；向改性浆料A中加入交联剂进行搅拌，得到改性浆料B；将改性浆料B涂覆到基膜表面，将涂覆后的基膜加热进行交联聚合反应后干燥，得到抑制硬碳负极产气隔膜。本发明采用上述一种抑制硬碳负极产气隔膜的制备方法，制得了抑制硬碳负极产气隔膜，可显著抑制钠离子电池硬碳负极产气，从而减少气体在电池内部的积聚，提高电池的安全性、稳定性和可靠性，且制备方法简单，可工业化生产。技术研发人员：刘婷,阮秋骏,马越受保护的技术使用者：西北工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29