电池隔膜及其制备方法以及电池与流程

本申请涉及电池制备，且特别涉及一种电池隔膜及其制备方法以及电池。

背景技术：

1、锂电池中，电池隔膜通常设于正极片和负极片之间，可在防止电池的正负极直接接触的同时起到传导锂离子的作用，以保证电池正常工作。锂电池在循环过程中，正极材料中的过渡金属离子(例如fe、co、ni和mn等对应的离子)会缓慢溶出至电解液中，穿过电池隔膜迁移至负极，破坏负极表面的固体电解质界面(solid electrolyte interface，sei)膜，从而增大负极界面电阻，降低电池的循环性能。

2、申请号为cn201911144312.9，名称为“一种高效捕获金属离子的隔膜浆料、隔膜及其应用”的专利申请公开了一种高效捕获金属离子的隔膜浆料，通过在隔膜中添加多齿类络合剂、大环类络合剂或聚合物类络合剂来吸附过渡金属离子，但这些络合剂在长循环使用过程中，并不能有效提升电池的循环性能，甚至反而会降低电池的循环稳定性。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本申请实施例的目的包括提供一种隔膜浆料及其制备方法、电池隔膜以及电池，能够在保证安全性和锂离子通过性的同时，高效吸附过渡金属离子，改善电池的循环性能。

2、第一方面，本申请提供一种电池隔膜，包括卟啉类化合物接枝硅颗粒、无机氧化物和聚合物，电池隔膜具有多个孔隙，孔隙的孔径为0.1nm～100nm。

3、上述技术方案中，通过在电池隔膜中引入卟啉类化合物接枝硅颗粒，这类物质耐久性好，与电解液的浸润性好，材料利用率高，可高效吸附正极中溶出的过渡金属离子，从而有效改善电池的循环性能。并且，卟啉类化合物接枝硅颗粒、无机氧化物和聚合物形成的电池隔膜具有较好的安全性和结构稳定性，且具有足够的孔隙结构和理想的孔径大小，对锂离子的通过性影响较小，从而可进一步保证长期循环过程中电池的循环稳定性。

4、在本申请的部分实施例中，电池隔膜的厚度为1nm～100μm。

5、上述技术方案中，电池隔膜的厚度范围大，可根据实际调控，保证电池隔膜的安全性和离子通过性，适用于更广的电池体系。

6、在本申请的部分实施例中，无机氧化物包括勃姆石、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铁或四氧化三铁中的至少一种。

7、聚合物包括聚偏二氟乙烯、聚(偏二氟乙烯六氟丙烯)、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、环氧树脂、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、纤维素或壳聚糖中的至少一种。

8、上述技术方案中，无机氧化物可增强电池隔膜的力学性能和热稳定性，聚合物可提高隔膜浆料的可加工性，无机氧化物和聚合物的选择范围大，能够提供多种可实施方案。

9、在本申请的部分实施例中，卟啉类化合物接枝硅颗粒、无机氧化物和聚合物的质量比为(1～99):(0～99)：(0～99)。

10、上述技术方案中，卟啉类化合物接枝硅颗粒、无机氧化物和聚合物的质量比范围大，可根据实际应用需要调整。

11、在本申请的部分实施例中，电池隔膜包括功能层和聚合物基膜，功能层包括卟啉类化合物接枝硅颗粒、无机氧化物和聚合物，功能层位于聚合物基膜的至少一侧表面。

12、在上述技术方案中，电池隔膜中增设聚合物基膜，可提高结构稳定性和机械强度，并降低生产成本。

13、在本申请的部分实施例中，聚合物基膜的厚度为1nm～100μm。

14、可选地，聚合物基膜的材质包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、聚偏氟乙烯中的至少一种。

15、在上述技术方案中，可根据实际应用需要调整功能层和聚合物基膜的厚度以及聚合物基膜的材质。

16、第二方面，本申请实施例提供一种上述电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

17、将具有烯基的卟啉类化合物溶解于第一溶剂中并与巯基功能化硅颗粒混合，在紫外光下进行接枝反应，制备得到卟啉类化合物接枝硅颗粒；

18、将卟啉类化合物接枝硅颗粒、无机氧化物和聚合物分散于第二溶剂中混合形成浆料，将浆料固化即可获得电池隔膜。

19、在上述技术方案中，选择具有烯基的卟啉类化合物和巯基功能化硅颗粒为原料，烯基和巯基可在紫外光照下直接反应，完成接枝，制备方法简单，接枝率高，且副产物少。制备得到卟啉类化合物接枝硅颗粒在电池体系中不易发生化学反应，化学键不易断裂，具有优异的稳定性。将卟啉类化合物接枝硅颗粒、无机氧化物和聚合物混合分散，采用常规的纺丝或涂布固化即可制备得到电池隔膜，制备方法简单。

20、在本申请的部分实施例中，巯基功能化硅颗粒为3-巯基丙基接枝硅颗粒，具有烯基的卟啉类化合物包括原卟啉、原卟啉单甲酯、原卟啉二甲酯、原卟啉单钠盐、原卟啉二钠盐、原卟啉单锂盐或原卟啉二锂盐中的至少一种。

21、在上述技术方案中，选择特定的巯基功能化硅颗粒和卟啉类化合物，原料简单易得，可提升反应效率和生产成本。

22、在本申请的部分实施例中，接枝反应的温度为40～80℃，时间为6～24h。

23、在上述技术方案中，通过控制接枝反应的条件，可增强接枝稳定性和接枝率，保证产物纯度。

24、在本申请的部分实施例中，浆料经固化后形成电池隔膜的方法包括：

25、将隔膜浆料纺丝形成电池隔膜；或，将隔膜浆料纺丝或涂布在聚合物基膜的至少一侧表面，形成电池隔膜。

26、在上述技术方案中，隔膜浆料可经过纺丝直接成无纺布膜，也可采用纺丝或者涂布等方式在聚合物基膜上成膜，制备方法简单，且厚度、孔径可控，使得电池隔膜可在各种电池体系中广泛应用。

27、第三方面，本申请实施例提供一种电池，包括正极片、负极片、电解液和上述电池隔膜，电池隔膜位于正极片和负极片之间，电解液浸润正极片、负极片和电池隔膜。

技术特征：

1.一种电池隔膜，其特征在于，包括卟啉类化合物接枝硅颗粒、无机氧化物和聚合物，所述电池隔膜具有多个孔隙，所述孔隙的孔径为0.1nm～100nm。

2.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜的厚度为1nm～100μm。

3.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述无机氧化物包括勃姆石、氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铁或四氧化三铁中的至少一种；

4.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述卟啉类化合物接枝硅颗粒、所述无机氧化物和所述聚合物的质量比为(1～99):(0～99):(0～99)。

5.根据权利要求1所述的电池隔膜，其特征在于，所述电池隔膜包括功能层和聚合物基膜，所述功能层包括所述卟啉类化合物接枝硅颗粒、所述无机氧化物和所述聚合物，所述功能层位于所述聚合物基膜的至少一侧表面。

6.根据权利要求5所述的电池隔膜，其特征在于，所述聚合物基膜的厚度为1nm～100μm；

7.一种如权利要求1～6任一项所述的电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述巯基功能化硅颗粒为3-巯基丙基接枝硅颗粒；

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述浆料经固化后形成电池隔膜的方法包括：

10.一种电池，其特征在于，包括正极片、负极片、电解液和如权利要求1～6任一项所述的电池隔膜，所述电池隔膜位于所述正极片和所述负极片之间，所述电解液浸润所述正极片、所述负极片和所述电池隔膜。

技术总结
本申请提供一种电池隔膜及其制备方法以及电池，属于电池制备技术领域。该电池隔膜包括卟啉类化合物接枝硅颗粒、无机氧化物和聚合物，且电池隔膜具有多个孔隙，孔隙的孔径为0.1nm～100nm。通过在电池隔膜中引入卟啉类化合物接枝硅颗粒，电池隔膜具有较高的孔隙率，在保证电池安全性及锂离子通过性的同时，可高效吸附过渡金属离子，改善电池的循环性能。

技术研发人员：宋威,吴承仁
受保护的技术使用者：广汽埃安新能源汽车股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5