一种功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜及制备方法与应用与流程

本发明属于锂离子电池材料，具体涉及一种功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜，并进一步公开其制备方法与应用。

背景技术：

1、锂电池隔膜是一种用于隔离锂离子电池正负极的薄膜材料，通常由聚合物、陶瓷等材料制备形成。在锂离子电池中，隔膜通常位于电池正负极之间，主要作用是防止正负极直接接触，起到隔离作用，进而避免电池内部短路和过充等危险情况的发生，同时允许离子通过，使锂电池能够正常工作。锂离子电池的充放电过程中，锂离子在正负极之间来回移动，通过隔膜进行离子交换，从而产生电荷传输，实现电能的转化。近年来，随着电动汽车、智能手机等应用领域的不断扩大，对锂电池隔膜的性能要求也越来越高，进而促使隔膜材料的研究和开发不断推进。

2、研究显示，锂离子电池在首次充放电的过程中，会在负极表面形成sei膜，从而消耗掉一定数量的锂离子，进而导致锂离子电池的能量密度比理论值偏低。为了解决这个问题，补锂技术由此应运而生，本领域技术人员试图通过开发具有补锂功能的隔膜以改善锂电池的性能。

3、如中国专利cn111613759a公开了一种隔膜浆料及其制备方法、隔膜和锂离子电池。所述隔膜浆料包括分散剂、胶层主材料、增稠剂、粘结剂和锂化材料。该方案提供的隔膜浆料中，胶层主体材料与锂化材料之间具有协同作用，锂化材料对胶层主材料进行占位，在电化学反应过程中锂化材料会发生反应，在电解液中进行锂离子迁移，释放部分被占据位点，起到造孔的目的，改善涂胶层堵塞基膜孔隙的问题。并在造孔的同时释放的锂化材料会对电极进行补锂，增加电池首周可逆容量，增加电池能量密度，减少电极极化现象。但是，该隔膜浆料中使用的是无机锂及锂粉，导致其空气稳定性较差，且使用涂布隔膜的技术容易造成隔膜表面涂层脱落，不利于电池的稳定性。

4、因此，本领域期待开发新的补锂隔膜技术以改善锂电池的应用性能。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜，所述补锂隔膜在使用过程中可以修补sei膜以增加了电池的库伦效率，并稳定锂电池的循环性能；

2、本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜的制备方法与应用。

3、为解决上述技术问题，本发明所述的一种功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)取有机聚合物和补锂剂加入有机溶剂混合，得到静电纺丝液；

5、(2)利用所述静电纺丝液进行静电纺丝处理，得到静电纺丝膜，即得所需补锂隔膜。

6、具体的，所述步骤(1)中，所述补锂剂包括锂盐；

7、优选的，所述补锂剂包括高氯酸锂盐、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、六氟磷酸锂、双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、双氟磺酰亚胺锂盐或双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种或几种的混合物。

8、具体的，所述步骤(1)中，所述补锂剂包括锂盐晶体。

9、具体的，所述步骤(1)中，所述补锂剂包括重结晶锂盐；所述重结晶锂盐具有更高的纯度和更小的晶粒尺寸；

10、优选的，所述重结晶锂盐为锂盐经重结晶处理后得到的锂盐晶体；

11、优选的，所述重结晶处理步骤包括将含锂盐水溶液加入至可挥发溶剂中进行重结晶的步骤，以及，收集晶体进行干燥处理的步骤。

12、优选的，所述可挥发溶剂包括低碳的醇醚类溶剂等挥发性较高的溶剂，优选为乙醇溶剂。

13、具体的，所述重结晶处理步骤包括：将选定补锂剂溶于水中制成0.2-1mol/l的溶液，将该溶液缓慢滴加到乙醇中重结晶，使用烘箱60-90℃烘干后得到。

14、具体的，所述步骤(1)中，所述有机聚合物包括聚偏氟乙烯(pvdf)和/或或聚全氟乙烯；具体而言，所述聚偏氟乙烯或聚全氟乙烯的耐化学腐蚀性较高，稳定性更强，性能等优于其他pe等材料；其中，聚全氟乙烯价格较高，聚偏氟乙烯性能与聚全氟乙烯差别不大，经济性来说，选择聚偏氟乙烯更好；

15、优选的，所述有机聚合物基于所述静电纺丝液的固含量为5-20wt％；

16、优选的，所述补锂剂与所述有机聚合物的质量比为1-15：100；

17、优选的，所述有机聚合物的分子量为10万-100万。

18、具体的，所述步骤(1)中，所述有机溶剂包括n,n二甲基甲酰胺(dmf)、n,n二甲基乙酰胺(dmac)、二甲基亚砜(dmso)、四氢呋喃(thf)或n-甲基吡咯烷酮(nmp)中的一种或几种的混合溶解。

19、具体的，所述步骤(2)中，所述静电纺丝步骤的加工参数包括：正电压10-20kv，负电压为-1～-5kv，推注速度0.5-3ml/h，接受辊转速为60-150rpm，静电纺丝时间为5-15h；

20、优选的，所述静电纺丝步骤的加工参数包括：正电压15kv，负电压为-2kv，推注速度0.5-3ml/h，接受辊转速为100rpm，静电纺丝时间为5-15h；

21、优选的，所述步骤(2)中，还包括将所得静电纺丝膜进行脱除溶剂处理的步骤。

22、本发明还公开了由所述方法制备得到的功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜。

23、本发明还公开了所述功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜用于制备锂离子电池的用途。

24、本发明还公开了一种锂离子电池，即包括所述的功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜。

25、作为可以实施的方式，本发明提供了一种功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜的制备方法，具体包括如下步骤：

26、(1)称取选定量的有机溶剂进行加热搅拌，并将选定量的所述补锂剂均匀分散在所述有机溶剂中；再称取选定量的所述有机聚合物缓慢加入所述有机溶解中；经连续搅拌溶解至溶液澄清透明，即可得到所需静电纺丝液，备用；

27、优选的，所述加热温度为50-90℃；

28、优选的，所述搅拌方式为机械搅拌，搅拌转速为20-200rpm，持续搅拌时长为8-36h；

29、优选的，所述分散方式为超声分散，分散时间为20-60min；

30、(2)将所述静电纺丝液经消泡处理后进行静电纺丝处理得到静电纺丝膜，所述静电纺丝膜经烘干去除溶剂，得到所述补锂隔膜。

31、优选的，所述消泡处理使用真空消泡机；

32、优选的，所述烘干方式为真空烘箱烘干，烘干温度为50-80℃，烘干时长为6-18h。

33、本发明所述功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜，使用静电纺丝技术将补锂剂和pvdf静电纺丝隔膜相结合，在结构上增强隔膜的机械性能，使得隔膜在使用过程中不易被生长的锂枝晶破坏，具有长效使用性；且所述多孔结构的pvdf复合隔膜在使用过程中缓慢释锂，使电解液中的锂离子浓度保持饱和状态，且添加在隔膜中的补锂剂还能在一定程度上还能增加隔膜和电解液之间的浸润性，利用静电纺丝技术，使得隔膜具有丰富的空间结构，隔膜表面具有较高的比表面积，增加了电解液的浸润性。本发明所述补锂隔膜中的补锂剂在使用过程中可以修补sei膜，增加了电池的库伦效率，稳定锂电池的长效循环性能，有效优化锂电池的应用性能。

34、本发明所述功能化动力电池静电纺丝补锂隔膜，优选补锂剂为重结晶的锂盐，相比于常规态的锂盐补锂剂，其晶粒具有更小的晶粒尺寸及更高的纯净度，有利于提升电池的应用性能。