保护膜层、锂电极及其制备方法、锂电池与流程

本发明涉及锂电池，具体而言，涉及一种保护膜层、锂电极及其制备方法、锂电池。

背景技术：

1、随着不可再生的化石燃料的快速消耗和环境的不断恶化，用绿色新能源取代化石燃料已经成为一个主要研究方向。锂电池由于具有较高的能量密度，不仅能够为手机、电脑等便携式电子产品提供理想能源，也能够满足未来新能源电动汽车的高安全、高能量密度和高倍率等需求，正以其不可替代的优势在人们生活扮演着越来越重要的角色。

2、锂金属因具有高理论容量和低电位被用作负极材料，然而，金属锂直接作为负极材料仍存在很多问题：锂金属本身非常活泼，常温下会与空气中的水、二氧化碳、氧气、氮气反应被消耗，特别是锂金属与水的反应非常迅速，同时释放大量的热和氢气，引起巨大的安全问题。因此，锂金属生产和组装过程中需要在相对湿度小于1％的干燥房中实施，后续的电池包装也需要在更严格的惰性环境中进行，限制了锂金属电极的产业化应用，另外，严格的储存、装配条件也会大大增加锂金属负极的不确定性成本。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种保护膜层、锂电极及其制备方法、锂电池，以解决现有技术中锂金属电极环境适应性差的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种保护膜层，包括非极性有机物、极性聚合物、无机填料颗粒，非极性有机物、极性聚合物以及无机填料颗粒的重量比为(10～25)：(1～10)、(0.5～5)；非极性有机物选自非极性聚合物和具有二十至四十个碳原子的链烷烃中的至少一种；极性聚合物具有含氧极性基团和/或含氮极性基团。

3、进一步地，非极性有机物的表面张力≤32dyn/cm。

4、优选地，非极性有机物选自聚乙烯、聚丙烯、氯化聚丙烯中的至少一种。

5、优选地，极性聚合物选自聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚碳酸脂、聚酯、聚硅氧烷中的至少一种。

6、优选地，无机填料颗粒的材料选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛中的至少一种。

7、优选地，非极性聚合物的重均分子量为1000～5000，极性聚合物的重均分子量为5000～15000。

8、进一步地，非极性有机物为氯化聚丙烯，极性聚合物为聚硅氧烷；或者，非极性有机物为聚乙烯，极性聚合物为聚环氧乙烷。

9、优选地，非极性有机物、极性聚合物以及无机填料颗粒的重量比为(15～20)：(4～6)：(2～5)。

10、进一步地，无机填料颗粒的粒度10≤d90≤100nm。

11、优选地，保护膜层的厚度为100nm～1000nm。

12、优选地，保护膜层的厚度为400nm～600nm。

13、根据本发明的另一个方面，提供了一种锂电极，包括锂金属层以及涂布于锂金属层至少一面的保护膜层，保护膜层为如上的保护膜层。

14、根据本发明的又一方面，提供了根如上的锂电极的制备方法，包括如下步骤：

15、步骤s1，将第一有机溶剂加热到40℃～80℃，然后按照配比加入非极性有机物和极性聚合物，溶解得到混合溶液；

16、步骤s2，按照配比将无机填料颗粒分散于混合溶液中得到涂布浆料；

17、步骤s3，将涂布浆料涂布于锂金属层至少一面上，干燥后得到锂电极；

18、其中，非极性有机物、极性聚合物、无机填料颗粒以及第一有机溶剂的重量比为(10～25)：(1～10)：(0.5～5)：(30～89)。

19、进一步地，第一有机溶剂选自甲苯、二甲苯、四氢呋喃、四氯化碳、正庚烷中的至少一种。

20、优选地，步骤s1中，加入非极性有机物和极性聚合物后，搅拌1h～3h，得到混合溶液。

21、进一步地，步骤s2中，将无机填料颗粒加入混合溶液中，搅拌2h～5h，然后加入第二有机溶剂并搅拌20min～40min，得到涂布浆料。

22、优选地，非极性有机物、极性聚合物、无机填料颗粒、第一有机溶剂以及第二有机溶剂的重量比为(10～25)：(1～10)：(0.5～5)：(30～45)：(30～45)。

23、优选地，第二有机溶剂选自甲苯、二甲苯、四氢呋喃、四氯化碳、正庚烷中的至少一种。

24、优选地，涂布浆料粒度小于500nm。

25、进一步地，涂布的方式选自浸涂或辊涂中的一种。

26、优选地，涂布的方式为浸涂。

27、更优选地，浸涂的涂布速度为2mm/s～20mm/s，更进一步优选涂布速度5mm/s～10mm/s。

28、根据本发明的又一方面，提供了一种锂电池，锂电池包括如上的锂电极或者如上的锂电极的制备方法制备得到的锂电极。

29、应用本发明的技术方案，通过含氧极性基团和/或含氮极性基团的极性聚合物与无机填料颗粒配位结合形成有利于锂离子传递的通道，并结合非极性有机物(非极性聚合物、c20-c40链烷烃)易于形成隔离水和气的致密膜层的性能，通过三者配比得到了兼具隔离水和气以及离子导电能力的保护膜层；该保护膜层在用作锂金属电极的保护膜层时，可使锂金属缓解空气中的水、二氧化碳、氧气等侵蚀，提锂金属电极寿命；同时，该保护膜层还具备较高的锂离子导电率，确保在增加保护层后不会影响锂金属电极的电性能；此外，保护膜层增强了锂金属的抗氧化等性能，可有效减少锂金属电极在空气中的腐蚀，使锂金属电极能够更好地适应现有的锂离子电池的储存、装配环境，有利于锂金属电极的产业化应用以及降低生产成本。

技术特征：

1.一种保护膜层，其特征在于，包括非极性有机物、极性聚合物、无机填料颗粒，所述非极性有机物、所述极性聚合物以及所述无机填料颗粒的重量比为(10～25)：(1～10)、(0.5～5)；所述非极性有机物选自非极性聚合物和具有二十至四十个碳原子的链烷烃中的至少一种；所述极性聚合物具有含氧极性基团和/或含氮极性基团。

2.根据权利要求1所述的保护膜层，其特征在于，所述非极性有机物的表面张力≤32dyn/cm；

3.根据权利要求2所述的保护膜层，其特征在于，所述非极性有机物为氯化聚丙烯，所述极性聚合物为聚硅氧烷；或者，所述非极性有机物为聚乙烯，所述极性聚合物为聚环氧乙烷；

4.根据权利要求1所述的保护膜层，其特征在于，所述无机填料颗粒的粒度10≤d90≤100nm；

5.一种锂电极，其特征在于，包括锂金属层以及涂布于所述锂金属层至少一面的保护膜层，所述保护膜层为权利要求1至4中任一项所述的保护膜层。

6.根据权利要求5所述的锂电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的锂电极的制备方法，其特征在于，所述第一有机溶剂选自甲苯、二甲苯、四氢呋喃、四氯化碳、正庚烷中的至少一种；

8.根据权利要求6或7所述的锂电极的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，将无机填料颗粒加入所述混合溶液中，搅拌2h～5h，然后加入第二有机溶剂并搅拌20min～40min，得到所述涂布浆料；

9.根据权利要求6或7所述的锂电极的制备方法，其特征在于，所述涂布的方式选自浸涂或辊涂中的一种；

10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括权利要求5所述的锂电极或者权利要求6至9中任一项所述的锂电极的制备方法制备得到的锂电极。

技术总结本发明提供了一种保护膜层、锂电极及其制备方法、锂电池，保护膜层包括非极性有机物、极性聚合物、无机填料颗粒，非极性有机物、极性聚合物以及无机填料颗粒的重量比为(10～25)：(1～10)、(0.5～5)；非极性有机物选自非极性聚合物和具有二十至四十个碳原子的链烷烃中的至少一种；极性聚合物具有含氧极性基团和/或含氮极性基团。基于本发明的保护膜层，解决现有技术中锂金属电极环境适应性差的问题。技术研发人员：武俊,冯祎炜,刘桐,王思凯受保护的技术使用者：安迈特科技（北京）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2