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一种活性材料修饰隔膜及其制备方法

阅读:810发布:2023-01-31

专利汇可以提供一种活性材料修饰隔膜及其制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种活性材料修饰隔膜及其制备方法,该隔膜包括:具有绝缘及 支撑 作用的基膜层、可同锂枝晶反应的活性物质层。所述基膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、聚四氟乙烯膜、聚炳烯酸酯类膜、聚氯乙烯膜、聚环 氧 乙烯膜、玻璃 纤维 膜、 纤维素 膜、 无纺布 膜中的一种或多种复合膜。所述活性物质层的制备方法是将活性物质同粘结剂制成混合浆料,然后沉积到基膜上。所述沉积方法是 刮涂 、转移涂、 喷涂 、 磁控溅射 、 粒子束 溅射、 原子 层沉积 、 电子 束蒸 镀 、 脉冲激光沉积 、气相沉积。所述活性物质层至少沉积于隔膜一侧。,下面是一种活性材料修饰隔膜及其制备方法专利的具体信息内容。

1.一种活性材料修饰隔膜,其特征在于,包括:具有绝缘及支撑作用的基膜层、可同锂枝晶反应的活性物质层;
所述基膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、聚四氟乙烯膜、聚炳烯酸酯类膜、聚氯乙烯膜、聚环乙烯膜、玻璃纤维膜、纤维素膜、无纺布膜中的一种或多种复合膜;
所述活性物质层由活性物质和粘结剂组成,活性物质含量为10~100%。
2.如权利要求1所述的一种活性材料修饰隔膜,其特征在于,所述活性物质为I2、S、V2O5、MoO3、MnO2、Bi2O3、Bi2Pb2O5、氟化、CuCl2、CuF2、CuO、CuS、FeS、FeS2、Ni2S2、AgCl、Ag2CrO4中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的一种活性材料修饰隔膜,其特征在于,所述粘结剂为La132、La133、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠。
4.如权利要求1所述的一种活性材料修饰隔膜的制备方法,其特征在于,所述活性物质层是将活性物质同粘结剂制成混合浆料,然后沉积到基膜上;
所述沉积的方法是刮涂、转移涂、喷涂磁控溅射粒子束溅射、原子层沉积、电子束蒸脉冲激光沉积、气相沉积。
5.如权利要求4所述的一种活性材料修饰隔膜的制备方法,其特征在于,所述活性物质层至少沉积于隔膜一侧。

说明书全文

一种活性材料修饰隔膜及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于电化学储能技术领域,具体地,涉及到一种用于锂离子电池或金属锂电池的新型隔膜及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着当今世界能源与环境问题的日益严峻,人们对于清洁高效及可再生能源的需求不断增加,能量的高效转化与存储也日益受到关注。高能量密度和环境友好的锂离子电池和金属锂电池成为近年来的重要研究方向。然而无论锂离子电池还是金属锂电池都存在锂枝晶问题,其中金属锂电池更为严重。循环过程中负极产生的锂枝晶刺穿隔膜导致电池短路,影响电池寿命、形成安全隐患。
[0003] 目前从隔膜度抑制锂枝晶的方法有:采用化合物填充或涂覆隔膜、增强隔膜基材强度、改善隔膜结构强度等。以上这些方法最终都是通过增强隔膜自身的机械强度来增强隔膜对锂枝晶的抵抗,对锂枝晶的抑制作用有限。发明专利申请201710493913.5,提出了在隔膜中引入活性夹层,使活性夹层与金属锂枝晶发生反应,从而将锂枝晶转化为惰性绝缘产物的方法。
[0004] 该方法可以最大程度地缓解锂枝晶问题,但构建三层隔膜,制备方法较为复杂,工艺繁琐。本发明进一步简化了发明专利申请201710493913.5中活性夹层隔膜的制备方法,并使隔膜在原有抑制锂枝晶的作用上增加了新的功能。

发明内容

[0005] 在发明专利申请201710493913.5中,包含活性夹层的隔膜包括基膜层、活性夹层、另一层绝缘层三部分,本发明提出的活性夹层修饰隔膜仅包括基膜层以及活性层,该活性层在电池中与正极或负极接触时,活性层表面发生反应生成绝缘层,活性层中未与正极或负极接触部分不会参加反应仍可作为活性夹层使用。此外,活性层与正极接触时,在电池首次放电过程中,接触部分可作为电池正极参与放电,增加电池的首次放电容量;活性层与负极接触时,接触部分同金属锂发生反应,可促进金属锂活化,在金属锂表面形成新的SEI膜。
[0006] 一种活性材料修饰隔膜,该隔膜包括:具有绝缘及支撑作用的基膜层、可同锂枝晶反应的活性物质层。所述基膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚偏氟乙烯膜、聚偏氟乙烯-六氟丙烯膜、聚酰亚胺膜、聚酰胺膜、聚四氟乙烯膜、聚炳烯酸酯类膜、聚氯乙烯膜、聚环乙烯膜、玻璃纤维膜、纤维素膜、无纺布膜中的一种或多种复合膜。所述活性物质层由活性物质和粘结剂组成,活性物质含量为 10~100%。
[0007] 进一步,所述活性物质为I2、S、V2O5、MoO3、MnO2、Bi2O3、Bi2Pb2O5、氟化、CuCl2、CuF2、CuO、CuS、FeS、FeS2、Ni2S2、AgCl、Ag2CrO4中的一种或多种。
[0008] 进一步,所述粘结剂为La132、La133、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠。
[0009] 本发明的另一技术方案在于,提供上述活性材料修饰隔膜的制备方法,将活性物质同粘结剂制成混合浆料,然后沉积到基膜上。所述沉积方法是刮涂、转移涂、喷涂磁控溅射粒子束溅射、原子层沉积、电子束蒸脉冲激光沉积、气相沉积。
[0010] 进一步,所述活性物质层至少沉积于隔膜一侧。附图说明
[0011] 图1为本发明所述隔膜的截面示意图。
[0012] 图2为实施例1所制备的隔膜涂层表面的SEM图。
[0013] 图3为实施例1与对比例1所制备的电池的首次放电曲线。

具体实施方式

[0014] 以下结合附图与实施例详细说明本发明的技术方案。
[0015] 如图1所示,为本发明所述包含活性夹层的隔膜,该隔膜包含基膜2,活性夹层1。
[0016] 实施例1
[0017] 称取0.1g La132加入30g去离子中,用磁力搅拌器搅拌至La133完全溶解;称取1g氟化碳加入La133溶液中,搅拌2h得到混合浆料。将活性浆料刮涂在聚乙烯隔膜上,放入
60℃烘箱干燥。
[0018] 以金属锂为负极,硫碳复合材料为正极,上述隔膜涂层对正极装配软包装电池。电池静置48小时后抽真空。以0.05C的充放电倍率对电池进行电性能测试。
[0019] 图2为实施例1所制备的隔膜涂层表面的SEM图。隔膜表面均匀覆盖氟化碳颗粒。
[0020] 对比例1
[0021] 以锂带为负极,含硫正极材料为正极,采用未涂覆的聚乙烯隔膜装配软包装电池。电池静置48小时后抽真空。以0.05C的充放电倍率对电池进行电性能测试。
[0022] 图3为实施例1与对比例1所制备的电池的首次放电曲线。由图可见实施例1制备的电池首次放电曲线中在单质硫常规放电平台基础上新增了氟化碳放电平台,电池首次放电容量为468mAh,电池循环寿命可达138次;对比例1制备电池首次放电曲线为单质硫放电曲线,电池首次放电容量为401mAh,电池循环寿命为45次。
[0023] 实施例2
[0024] 称取0.01g PVDF加入30g NMP中,用磁力搅拌器搅拌至PVDF完全溶解;称取0.5g MnO2材料加入PVDF溶液中,搅拌6h得到混合浆料。将活性浆料转移涂在玻璃纤维膜上,放入100℃烘箱干燥。
[0025] 以金属锂为负极,碳硫复合材料为正极,上述隔膜涂层对负极,装配软包装电池。电池静置48小时后抽真空。以0.1C的充放电倍率对电池进行电性能测试。电池首次放电容量为410mAh,循环寿命为155次。
[0026] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍,但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后,对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此,本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
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