锂电池复合隔膜用浆料、复合隔膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂离子电池材料，尤其涉及一种锂电池复合隔膜用浆料、复合隔膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂离子电池是当今最流行的可充电电池之一，其在电动汽车、智能手机、平板电脑和笔记本电脑等领域得到广泛应用。锂离子电池原材料主要有正极材料、负极材料、电解液和隔膜。负极材料通常是石墨或硅基材料，但他们在充放电循环中容易与电解液中的锂离子发生化学反应，形成固体电解质界面(solid electrolyte interphase，sei)薄膜。

2、sei膜是一种稳定的电解质薄膜，在锂离子电池的循环过程中扮演着非常重要的角色，一方面，它可以防止电解液中的有机溶剂直接与电极发生反应，并减少电极表面的剥落和极化反应。另一方面，也可以抑制锂电池中锂枝晶的生长，使电池获得更高的可逆性、安全性以及长寿命。在传统的锂离子电池中，sei膜通常是在初始充电时形成的，但其组成和结构很难控制，然而sei膜的稳定性和性能直接影响锂离子电池的寿命和安全性。

3、为解决上述问题，本领域技术人员使用人工sei膜来改善锂离子电池的性能，中国专利cn111600007a公开了一种人工sei膜的锂离子电池负极极片及其制备方法，该负极极片是在集流体片材的两个表面上依次设置硅碳负极层和聚合铝薄膜层；聚合铝薄膜层是由质量比为1：(3-20)的三甲基铝和乙二醇通过分子层沉积方法获得的聚合物层，硅碳负极层的厚度为10-180μm，聚合铝薄膜层的厚度为0.1-20μm。该负极极片表面形成有机-无机杂化层，从而抑制电解液与硅碳负极表面的界面反应，在脱嵌锂过程中形成人工sei膜，来提升锂离子在硅碳负极材料中的的脱嵌效率，进而提升电池的循环稳定性。

4、然而，上述方法获得的负极极片表面的聚合铝薄膜层厚度较大，且均匀性没有充分的保障；另外，由于锂本身在空气中稳定性差、与水反应性强等缺点，制备的人工sei膜为硅碳负极表面sei膜在锂负极表面难以实现。

5、因此，开发一种锂电池较为通用、涂层均匀致密且具有较低厚度的人工sei膜对发展轻量化、长寿命和高性能的锂电池具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种锂电池复合隔膜用浆料、复合隔膜及其制备方法和应用。

2、第一方面，本发明提供了一种锂电池复合隔膜用浆料，所述锂电池复合隔膜用浆料按质量份数包括：50-80份的锂化全氟磺酸基聚合物溶液、1-5份的无机纳米陶瓷粉体和15-49份的非质子极性溶剂；

3、所述锂化全氟磺酸基聚合物溶液的质量分数为3％-10％；

4、所述无机纳米陶瓷粉体的粒径d50在100nm-300μm之间。

5、优选的，所述无机纳米陶瓷粉体包括氧化铝、勃姆石、固态电解质中的一种或多种；其中，所述固态电解质包括石榴石型固态电解质、nascion型固态电解质、liscion固态电解质、钙钛矿型固态电解质中的一种或多种。

6、优选的，所述非质子极性溶剂包括乙腈、n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺中的一种或多种。

7、优选的，所述锂化全氟磺酸基聚合物溶液由以下方法制备而成：

8、配制物质的量浓度为1mol/l-3mol/l的氢氧化锂溶液；

9、将所述氢氧化锂溶液滴加到质量分数为5％的全氟磺酸基聚合物溶液中，获得碱性溶液；其中，所述碱性溶液的ph≤8；

10、将所述碱性溶液烘干，得到锂化全氟磺酸基聚合物固体；

11、将所述锂化全氟磺酸基聚合物固体溶解到无水乙醇中，获得所述锂化全氟磺酸基聚合物溶液。

12、第二方面，本发明提供了一种锂电池复合隔膜，所述锂电池复合隔膜包括如上述第一方面所述的锂电池复合隔膜用浆料。

13、第三方面，本发明提供了一种如上述第二方面所述的锂电池复合隔膜的制备方法，所述制备方法包括：

14、将非质子极性溶剂、锂化全氟磺酸基聚合物溶液混合，经过第一次分散后，获得初始浆料；所述锂化全氟磺酸基聚合物溶液的质量分数为3％-10％；

15、将无机纳米陶瓷粉体添加到所述初始浆料中，经过第二次分散后，获得最终浆料；所述无机纳米陶瓷粉体的粒径d50在100nm-300μm之间；

16、利用超声雾化喷涂装置将所述最终浆料喷涂于基膜表面，干燥后，得到锂电池复合隔膜。

17、优选的，所述第一次分散的转速为200rpm-2000rpm，所述第一次分散的时间为15分钟-60分钟；

18、所述第二次分散的转速为4500rpm-10000rpm，所述第二次分散的时间为1小时-2小时；

19、所述干燥的温度为50℃-100℃，所述干燥的时间为5分钟-15分钟。

20、优选的，所述锂化全氟磺酸基聚合物溶液由以下方法制备而成：

21、配制物质的量浓度为1mo l/l-3mo l/l的氢氧化锂溶液；

22、将所述氢氧化锂溶液滴加到质量分数为5％的全氟磺酸基聚合物溶液中，获得碱性溶液；其中，所述碱性溶液的ph≤8；

23、将所述碱性溶液烘干，得到锂化全氟磺酸基聚合物固体；

24、将所述锂化全氟磺酸基聚合物固体溶解到无水乙醇中，获得所述锂化全氟磺酸基聚合物溶液。

25、优选的，所述基膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或多种；

26、所述基膜的厚度为2μm-20μm；

27、所述锂电池复合隔膜的厚度为0.1μm-1μm。

28、第四方面，本发明提供了一种锂电池，所述锂电池包括上述第三方面所述的锂电池复合隔膜。

29、本发明提供的锂电池复合隔膜用浆料具有良好的润湿性，利用本发明提供的锂电池复合隔膜用浆料可以制成均匀且致密的复合隔膜，具有高离子电导率、高容量保持率、优异的机械性能和良好的循环稳定性及倍率性能。

技术特征：

1.一种锂电池复合隔膜用浆料，其特征在于，所述锂电池复合隔膜用浆料按质量份数包括：50-80份的锂化全氟磺酸基聚合物溶液、1-5份的无机纳米陶瓷粉体和15-49份的非质子极性溶剂；

2.根据权利要求1所述的锂电池复合隔膜用浆料，其特征在于，所述无机纳米陶瓷粉体包括氧化铝、勃姆石、固态电解质中的一种或多种；其中，所述固态电解质包括石榴石型固态电解质、nasc ion型固态电解质、lisc ion固态电解质、钙钛矿型固态电解质中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的锂电池复合隔膜用浆料，其特征在于，所述非质子极性溶剂包括乙腈、n，n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的锂电池复合隔膜用浆料，其特征在于，所述锂化全氟磺酸基聚合物溶液由以下方法制备而成：

5.一种锂电池复合隔膜，其特征在于，所述锂电池复合隔膜包括如上述权利要求1-4任一项所述的锂电池复合隔膜用浆料。

6.一种如上述权利要求5所述的锂电池复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述锂化全氟磺酸基聚合物溶液由以下方法制备而成：

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一次分散的转速为200rpm-2000rpm，所述第一次分散的时间为15分钟-60分钟；

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述基膜包括聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯中的一种或多种；

10.一种锂电池，其特征在于，所述锂电池包括上述权利要求5所述的锂电池复合隔膜。

技术总结
本发明涉及一种锂电池复合隔膜用浆料、复合隔膜及其制备方法和应用，锂电池复合隔膜用浆料按质量份数包括：50‑80份的锂化全氟磺酸基聚合物溶液、1‑5份的无机纳米陶瓷粉体和15‑49份的非质子极性溶剂；锂化全氟磺酸基聚合物溶液的质量分数为3％‑10％；无机纳米陶瓷粉体的粒径D50在100nm‑300μm之间。本发明提供的锂电池复合隔膜用浆料具有良好的润湿性，利用本发明提供的锂电池复合隔膜用浆料可以制成均匀且致密的复合隔膜，具有高离子电导率、高容量保持率、优异的机械性能和良好的循环稳定性及倍率性能。

技术研发人员：施雅玲,曹文卓,闫昭,李婷
受保护的技术使用者：湖州南木纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16