[发明专利]能够防止短路的用于锂二次电池的多层隔膜及其制造方法

说明书

本申请公开了一种能够防止短路的用于锂二次电池的多层隔膜及其制造方法。所述隔膜包括下层、中间层和上层，其中中间层包含至少一种亲锂材料，所述亲锂材料选自石墨相氮化碳、掺磷石墨相氮化碳、掺硼石墨相氮化碳及其组合。

技术领域

本申请涉及一种能够防止由于锂枝晶的生长而导致的内短路的用于锂二次电池的多层隔膜及其制造方法。

背景技术

作为具有高容量和高能量的下一代锂二次电池，使用锂金属负电极的电池正受到关注。锂金属电池、锂硫电池和锂空气电池是代表性示例。

由于用作负电极的锂金属具有低密度(0.54g·cm^-3)和低标准还原电势(-3.040Vvs.SHE)，因此可以实现每体积/重量的高理论容量(3860mAh/g)和高能量密度。然而，锂金属电池的主要问题例如为锂枝晶形成和低库仑效率。

当锂枝晶生长穿过隔膜时，可能会发生内短路，从而导致例如火灾和爆炸的安全问题。因此，为了实现高性能和高安全性的锂金属电池，需要抑制锂枝晶的生长和诱导锂均匀生长的策略。

目前，由于现有锂离子电池中使用的聚烯烃类多孔膜直接用作锂金属电池的隔膜，因此锂金属电池无法解决由锂枝晶导致的短路问题。

发明内容

本申请致力于解决与现有技术相关的上述问题。

在一个方面中，本申请提供了一种能够通过抑制锂枝晶的生长来防止内短路的用于锂二次电池的隔膜。

本申请的目的不限于上述目的，并且本申请未提及的其它目的可以通过以下描述来理解，并且还将明显地通过本申请的实施方案来理解。此外，可以通过所附权利要求书中描述的手段及其组合实现本申请的目的。

在示例性实施方案中，本申请提供了一种用于锂二次电池的隔膜，所述隔膜包括下层、中间层和上层，其中中间层包含至少一种亲锂材料，所述亲锂材料选自石墨相氮化碳、掺磷石墨相氮化碳、掺硼石墨相氮化碳及其组合。

下层可以包含聚烯烃类聚合物。

中间层还可以包含至少一种粘合剂，所述粘合剂选自聚(丙烯酸)(PAA)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(PVDF-HFP)及其组合。

中间层可以包含质量比为9:1至5:5的亲锂材料和粘合剂。

中间层的厚度可以为100nm至5μm。

中间层还可以包含无纺布，并且无纺布的孔隙可以填充有亲锂材料。

上层可以包含聚烯烃类聚合物。

隔膜的厚度可以为10μm至100μm。

在另一个示例性实施方案中，本申请提供了一种锂二次电池，所述锂二次电池包括正电极、包含锂金属的负电极以及位于正电极和负电极之间的隔膜。

在又一个示例性实施方案中，本申请提供了一种制造用于锂二次电池的隔膜的方法，所述方法包括制备包含氮化碳前体化合物和磷前体化合物的起始材料，使起始材料反应并制备掺磷石墨相氮化碳，制备包含掺磷石墨相氮化碳和粘合剂的溶液，将所述溶液施加到下层的一个表面上并形成中间层，以及在所述中间层上堆叠上层。

起始材料可以包含50重量％至90重量％的氮化碳前体化合物和10重量％至50重量％的磷前体化合物。

氮化碳前体化合物可以包括选自三聚氰胺、二氰胺、尿素及其组合中的至少一种。

磷前体化合物可以包括选自六氯三聚磷腈、氨基乙基膦酸、磷酸及其组合中的至少一种。

制造方法可以包括在惰性气氛中在400℃至700℃的温度下使起始材料反应2至6小时。