一种高离子导电率隔膜及其制备方法及应用与流程

本申请涉及二次电池领域，特别涉及一种高离子导电率隔膜及其制备方法及应用。

背景技术：

1、随着环保理念逐渐深入人心，以锂离子电池为代表的新能源行业在传统能源市场的占有率逐步上升。当下市场对锂电池的续航能力要求越来越高，促使锂电池的能量密度不断推高，但随之而来的结果是锂电池内部元件需要提供更高的离子电导率和强的耐热性能，从而提高锂电池的综合性能。

2、隔膜作为电池的关键组件之一，承担着隔绝正/负极防止短路以及锂离子的传输通道的作用。目前常见的隔膜大都引入陶瓷以及高分子聚合物作为涂层，以此提高电池的离子电导率以及隔膜的耐热性，同时可以阻滞部分因电池负极过热产生的还原性气体。但这种方式对电池离子电导率的提高比较有限，更多的作用是对隔膜耐热性的增强和阻滞负极还原性气体。

3、对此，公告号为cn110171833b的中国发明专利将带锂盐的凝胶电解质引入电池，可以有效提高离子电导率，其中的多孔二氧化硅纳米纤维也有利于增加耐热性能，但仅通过浸渍的方式附着在二氧化硅表面上的锂盐量是有限的，对离子电导率的提升也不明显，且松散的凝胶结构并不利于提高耐热性和阻拦负极还原性气体。公告号为cn114597591b的中国发明专利通过在电池隔膜上涂覆内部致密且表面平整的膜涂层，可有效提高隔膜耐热性和阻拦负极还原性气体，表面硅烷化处理的陶瓷颗粒与吸收锂盐的聚合物基质两者协同耦合，提升了锂离子传导，但聚合物对锂盐吸附作用有限，对离子电导率的提升始终有限。公告号为cn114725620a的中国发明专利通过在隔膜基膜一侧设置补锂层，在补锂层中加入导电剂，使首效显著提升，能够实现快速、完全补锂，但锂粉在隔膜中可能残留，且锂粉释放出锂离子后本身结构坍塌，补锂层产生缺陷，直接影响隔膜性能。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种高离子导电率隔膜及其制备方法及应用，在满足电池隔膜耐热性能、阻拦负极还原性气体要求以及不破坏隔膜结构的同时，通过引入可大量吸附锂离子的涂层进入隔膜系统，有效提升离子电导率，克服现有技术所存在的不足。

2、为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种高离子导电率隔膜，包括：

3、基膜，所述基膜为多孔材料；

4、粘接性多孔层，所述粘接性多孔层设置在所述基膜的至少一侧表面上，所述粘接性多孔层包括耐热性树脂和共混填料，所述共混填料具有贯通孔结构，所述共混填料的贯通孔中附着含锂物质，共混填料包括球状填料和棒状填料。

5、在上述技术方案中，本申请实施例通过在共混填料的贯通孔中附着含锂物质，可以提高锂离子电池的离子电导率，同时也提升了电池的循环寿命；共混填料的颗粒通过嵌入的方式，添加进入粘接性多孔层内形成稳定的空间结构，柔软的粘接性多孔层的强度与耐热性上升，在锂电池循环过程中，粘接性多孔层不易发生破损。

6、进一步地，根据本申请实施例，其中，基膜为多孔膜、多孔芳香骨架材料、无纺布、分子筛或介孔材料中的一种或多种。

7、进一步地，根据本申请实施例，其中，耐热性树脂为聚偏二氟乙烯、芳纶、呋喃基聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯腈中的一种或多种。

8、进一步地，根据本申请实施例，其中，共混填料为氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、氧化铝、二氧化硅、勃姆石、粘土、分子筛中的一种或多种。

9、进一步地，根据本申请实施例，其中，球状填料的平均粒径为0.01~5μm。

10、进一步地，根据本申请实施例，其中，棒状填料满足以下关系式：

11、4≤h/b≤20；

12、其中，h是粘接性多孔层中所含的棒状填料的长轴平均长度，b是粘接性多孔层中所含的棒状填料的短轴平均长度。

13、进一步地，根据本申请实施例，其中，粘接性多孔层满足以下关系式：

14、5≤a/d≤12；

15、其中，a是一侧所述粘接性多孔层的平均厚度，d是粘接性多孔层中所含的球状填料的平均粒径。

16、进一步地，根据本申请实施例，其中，含锂物质为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂中的一种或多种。

17、为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种高离子导电率隔膜的制备方法，包括以下步骤：

18、将耐热型树脂溶解形成胶液，并将所述共混填料高速分散到其中形成混合涂布液；

19、将混合涂布液涂覆在所述基膜上，形成涂覆膜；

20、将涂覆膜置于凝固浴中，混合涂布液经过相分离后，所述耐热型树脂固化，和共混填料形成稳定的空间结构，

21、经过多次水洗和高温烘干，去除凝固液和水分，得到所述高离子导电率隔膜。

22、进一步地，根据本申请实施例，其中，在共混填料的贯通孔中附着含锂物质的方法包括：

23、将所述共混填料、甲苯和3-氨基丙基三乙氧基硅混合反应，得到氨基化的共混填料；

24、将l-谷氨酸、edc.hcl、氨基化的共混填料加入到吗啉代乙磺酸中，再加入n-羟基硫代琥珀酰亚胺进行反应，得到氨基酸化的共混填料；

25、将氨基酸化的共混填料、naoh加入去离子水中超声分散，并将所述含锂物质加入分散液中，反应结束后，氨基酸化的共混填料的贯通孔中即附着所述含锂物质。

26、进一步地，根据本申请实施例，其中，凝固浴包括良溶剂和相分离剂。

27、进一步地，根据本申请实施例，其中，良溶剂为n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种或多种。

28、进一步地，根据本申请实施例，其中，相分离剂为水、乙醇、异丙醇、丙三醇中的一种或多种。

29、为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种高离子导电率隔膜在锂电池上的应用。

30、与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请通过在共混填料的贯通孔中附着含锂物质，可以提高锂离子电池的离子电导率，同时也提升了电池的循环寿命；共混填料的颗粒通过嵌入的方式，添加进入粘接性多孔层内形成稳定的空间结构，柔软的粘接性多孔层的强度与耐热性上升，在锂电池循环过程中，粘接性多孔层不易发生破损。

技术特征：

1.一种高离子导电率隔膜，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高离子导电率隔膜，其特征在于，所述基膜为多孔膜、多孔芳香骨架材料、无纺布、分子筛或介孔材料中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种高离子导电率隔膜，其特征在于，所述耐热性树脂为聚偏二氟乙烯、芳纶、呋喃基聚酰胺、聚酰亚胺、聚丙烯腈中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种高离子导电率隔膜，其特征在于，所述共混填料为氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙、氧化铝、二氧化硅、勃姆石、粘土、分子筛中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的一种高离子导电率隔膜，其特征在于，所述球状填料的平均粒径为0.01~5μm。

6.根据权利要求1所述的一种高离子导电率隔膜，其特征在于，所述棒状填料满足以下关系式：

7.根据权利要求1所述的一种高离子导电率隔膜，其特征在于，所述粘接性多孔层满足以下关系式：

8.根据权利要求1所述的一种高离子导电率隔膜，其特征在于，所述含锂物质为六氟磷酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、高氯酸锂、四氟硼酸锂中的一种或多种。

9.一种如权利要求1所述的高离子导电率隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种高离子导电率隔膜的制备方法，其特征在于，在共混填料的贯通孔中附着含锂物质的方法包括：

11.根据权利要求9所述的一种高离子导电率隔膜的制备方法，其特征在于，所述凝固浴包括良溶剂和相分离剂。

12.根据权利要求11所述的一种高离子导电率隔膜的制备方法，其特征在于，所述溶剂为n-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种或多种。

13.根据权利要求11所述的一种高离子导电率隔膜的制备方法，其特征在于，所述相分离剂为水、乙醇、异丙醇、丙三醇中的一种或多种。

14.一种如权利要求1-9中的任一项所述的高离子导电率隔膜或如权利要求10-13中的任一项所述的高离子导电率隔膜的制备方法制得的高离子导电率隔膜在锂电池上的应用。

技术总结本申请公开了一种高离子导电率隔膜及其制备方法及应用，包括：基膜，所述基膜为多孔材料；粘接性多孔层，所述粘接性多孔层设置在所述基膜的至少一侧表面上，所述粘接性多孔层包括耐热性树脂和共混填料，所述共混填料具有贯通孔结构，所述共混填料的贯通孔中附着含锂物质；所述共混填料包括球状填料和棒状填料。本申请通过在共混填料的贯通孔中附着含锂物质，可以提高锂离子电池的离子电导率，同时也提升了电池的循环寿命；共混填料的颗粒通过嵌入的方式，添加进入粘接性多孔层内形成稳定的空间结构，柔软的粘接性多孔层的强度与耐热性上升，在锂电池循环过程中，粘接性多孔层不易发生破损。技术研发人员：黄士斌,张云金,周素霞,林盼龙,兰翔,张义单受保护的技术使用者：宁德卓高新材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29