[发明专利]一种多孔隔膜及其与金属负极一体化的制备方法和用途

说明书

一种带有多孔隔膜的金属负极的制备方法，包括以下操作：第一操作S10，制备多孔粉体材料；第二操作S20，将所述多孔粉体材料与可传导金属离子的聚合物以及溶剂混合，制备成隔膜前驱体浆液；第三操作S30，将隔膜前驱体浆液涂布在金属负极表面，干燥后形成电池隔膜与金属负极一体化的结构，得到带有电池隔膜的金属负极。本发明所述的方法，成本低，可规模化制备，循环稳定性好，且得到的隔膜模量高，可以有效降低所用隔膜的厚度，并且能够避免金属枝晶的析出，提高电池安全性，降低电池质量，提高了电池的能量密度。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，具体涉及一种用于稳定二次电池的负极金属的多孔粉体材料和多孔粉体材料基隔膜及其制备方法，以及使用该材料制备的隔膜和负极一体化电极以及金属二次电池。

背景技术

随着环境问题的日益突出，人们迫切需要开发新的清洁能源系统。锂离子电池因其能量密度高、循环稳定性好等优点，在手机、笔记本电脑等小型能源领域得到了广泛应用。目前开发的商业化的锂离子电池中，以碳负极为负极和三元材料为正极而组装的锂二次电池，能量密度可以达到～180W h/Kg，可以供电动汽车行驶300Km左右。为了满足更长续航里程电动汽车的需求，需要开发更高能量密度的二次电池。金属二次电池，因其理论比容量高、密度小等优点，其理论能量密度是商业锂离子电池的2～3倍，所以具有重要的开发价值。研究发现，限制金属电池应用的关键因素是金属负极。以金属片直接作为负极，在反复的电化学循环中，会使金属产生枝晶。枝晶的增长会刺穿隔膜，造成电池内部短路，从而影响电池的使用寿命。为了解决枝晶生长所带来的安全问题，现有的方法是在金属负极表面原位生成一层SEI膜。但是由于作为负极的金属都比较活泼，对其进行原位处理的工艺较为复杂。而且，在电池结构中，为了防止电池短路，需要引入隔膜。但隔膜的添加会增加电池质量，阻碍锂离子传导。因此，开发一种金属负极和隔膜一体化的电极十分重要。一方面，隔膜可以有效抑制枝晶的生长；另一方面，一体化的电极会简化电池的组装，降低成本。

发明内容

本发明要解决的问题是，提供一种制备工艺简单、成本低、循环稳定性好、可规模化制备的二次电池隔膜及其与金属负极一体化的制备方法。

本发明提供了一种多孔隔膜及其与金属负极一体化的制备方法，包括以下操作：第一操作S10，制备多孔粉体材料；第二操作S20，将所述多孔粉体材料与可传导金属离子的聚合物以及溶剂混合，制备成隔膜前驱体浆液；第三操作S30，将隔膜前驱体浆液涂布在金属负极表面，干燥后形成多孔粉体基隔膜与金属负极一体化的结构，得到带有隔膜的金属负极。

根据本发明的一个实施方式，所述第三操作S30为，将隔膜前驱体浆液涂布在截流体上，将金属负极材料沉积到隔膜与截流体的中间，从而形成隔膜/金属负极/截流体一体化的结构，得到带有隔膜的金属负极。

根据本发明的一个实施方式，所述截流体包括铜箔、镍箔、泡沫铜、泡沫镍以及三维碳材料。

根据本发明的一个实施方式，其中所述多孔粉体材料为金属有机框架

MOF、共价有机框架COF和沸石-咪唑框架ZIF中的一种或多种。

根据本发明的一个实施方式，其中所述可传导金属离子的聚合物为聚丙烯酸、聚丁烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯醇、聚偏氟乙烯中的一种或多种。

根据本发明的一个实施方式，其中，所述金属负极材料包括金属锂、金属钠和金属钾。

根据本发明的一个实施方式，其中，所述隔膜前驱体浆液的涂布厚度为0.5-20微米。

根据本发明的一个实施方式，其中，所述多孔粉体材料是MOF，是通过如下方式制作的：