[发明专利]一种单层或多层聚合物保护膜及其制备方法和在锂金属电池中的应用

说明书

本发明提供一种单层或多层聚合物保护膜及其制备方法和在锂金属电池中的应用，多层聚合物保护膜中第一层为单层聚合物保护膜，单层聚合物保护膜中填料选自埃洛石纳米管、纳米金刚石和气相生长碳纤维中的一种或多种；第2层及以上层中任一层由以下任一种复合材料B制得：复合材料B选自有机聚合物和锂盐的混合物；有机聚合物、Li盐和填料B的混合物；有机聚合物、Li盐和固态电解质的混合物；和有机聚合物、Li盐、固态电解质和填料B的混合物；有机聚合物选自聚乙烯醇及其衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚环氧乙烷和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种。保护膜应用于负极和隔膜后可优化电池内电极结构，使得电池具有较高库伦效率和较长循环寿命。

技术领域

本发明属于锂电池的保护膜技术领域，尤其涉及一种单层或多层聚合物保护膜及其制备方法和在锂金属电池中的应用。

背景技术

锂二次电池因利用化学反应的可逆性实现了能量的可重复存储与释放，已成为电动交通、3C消费、储能和制造等行业的主要能量供应者。锂二次电池的广泛应用依赖于科技的高速发展，同时也反哺助力了科技的进步，惠及了人们的生活。然而，随着社会不断发展，人们对锂二次电池性能的要求也越来越高，如长循环寿命、高比容量、高安全性等，电池的工作条件变得越来越苛刻。锂二次电池在高期望、高要求下已显得力不从心，暴露出诸多缺点。其中最为突出，危害最大的即为负极表面“锂枝晶”和“死锂”的产生，这不但会消耗电池内部的活性锂使电池容量降低，还会刺穿隔膜造成短路甚至引发火灾和爆炸。近年来，抑制锂枝晶的形成，改善锂二次电池金属锂负极的安全性和稳定性已成为电池领域中重要的研究方向。

目前，锂二次电池循环过程中的枝晶生长问题亟待解决，虽然众多学者提出过多种解决方案，却也都未能彻底遏制锂枝晶的生长及其带来的负面影响，仍有大量难题等待攻克。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单层或多层聚合物保护膜及其制备方法和在锂金属电池中的应用，该聚合物保护膜具有较高的离子电导性。

本发明提供了一种单层聚合物保护膜，由以下复合材料A制得:

所述复合材料A选自聚乙烯醇及其衍生物、Li盐和填料A的混合物；

或聚乙烯醇及其衍生物、Li盐、填料A和固态电解质的混合物；

所述填料A选自埃洛石纳米管、纳米金刚石和气相生长碳纤维中的一种或多种。

优选地，所述聚乙烯醇及其衍生物在保护膜中质量占比1～89％；锂盐质量占比10～60％；填料质量占比为1～50％；固态电解质质量占比为0～50％。

优选地，所述聚乙烯醇衍生物包括聚乙烯醇月桂酸酯、聚乙烯醇肉桂酸酯、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚(乙烯醇-co-乙烯)和聚(乙烯丁醛-co-乙烯醇-co-乙酸乙烯酯)中的一种或多种；

所述Li盐选自双三氟甲烷磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂、硝酸锂、氟化锂、四氟硼酸锂和二氟草酸硼酸锂中的一种或多种；

所述固态电解质选自磷酸锗铝锂、锆酸镧锂和掺钨锆酸镧锂中的一种或多种。

优选地，保护膜的厚度为0.1～50微米。

本发明提供了一种多层聚合物保护膜，第1层为上述技术方案所述单层聚合物保护膜；

第2层及以上层中任一层由以下任一种复合材料B制得：

所述复合材料B选自有机聚合物和锂盐的混合物；有机聚合物、Li盐和填料B的混合物；有机聚合物、Li盐和固态电解质的混合物；和有机聚合物、Li盐、固态电解质和填料B的混合物；

所述有机聚合物选自聚乙烯醇及其衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚环氧乙烷和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种。