[发明专利]一种金属负极电池的改性隔膜、制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种金属负极电池的改性隔膜，所述改性隔膜包括多孔聚烯烃隔膜及至少沉积在所述多孔聚烯烃隔膜邻近负极材料的表面的薄膜，其中，所述薄膜包括类金刚石薄膜。类金刚石薄膜具有较高的强度，增强了隔膜的强度，能够阻碍金属枝晶的生长，改变枝晶的生长方向，使其横向生长，避免金属枝晶刺穿隔膜，有效避免电池因隔膜受损而短路失效，提高了电池使用的安全性，同时能够引导负极金属均匀沉积，提高金属负极的稳定性，进而大幅增强电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及储能器件技术领域，尤其涉及一种金属负极电池的改性隔膜、制备方法及应用。

背景技术

当前，传统的锂金属电池(LIBs)能量密度和功率密度有限，已经无法满足人们日益增长的对更高能量密度电池的迫切需求。开发更高能量密度、更安全环保的储能电池是目前的研究热点。

以锂金属电池为例，其具有能量密度高、低密度、低氧化还原电位等优点，在消费电子产品、电动交通工具、电网调峰、储能电源、航空航天等领域有巨大应用前景。锂金属电池包括正极集流体、正极、隔膜、电解液和负极；锂金属电池能大大改善电池性能，增强电池的电量持久力，大幅改观电力存储的经济效益，促进消费类电子产品的升级转型，对人类生活具有重大意义，其中，所使用的隔膜选自织造膜、非织造膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜、聚烯烃隔膜等几种，但是，在使用过程中存在以下问题，(1)锂金属负极在不断的沉积-剥离的过程中容易生成枝晶，枝晶会刺穿隔膜，导致电池短路而失效；(2)金属锂与电解液在界面发生反应形成的固体电解质层(SEI膜)随时间而不断增厚，界面阻抗不断增加，库伦效率降低，电池容量衰减；(3)由于锂金属负极体积在充放电过程中不断变化，SEI膜不稳定，在沉积-剥离过程中，不断的生成-破裂-再生成，消耗金属锂和电解液。上述问题不仅影响了电池使用的安全性能和使用寿命，还影响了电池在高倍率下的性能，限制了锂金属电池的使用，因此，迫切需要一种方法以防止隔膜刺穿或减弱锂枝晶生长对锂金属电池的影响，提高锂金属电池安全性和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属负极电池的改性隔膜、制备方法及应用，旨在解决现有技术中电池隔膜易被金属枝晶刺穿而影响电池的安全性和稳定性的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种金属负极电池的改性隔膜，所述改性隔膜包括多孔聚烯烃隔膜及至少沉积在所述多孔聚烯烃隔膜邻近负极材料的表面的薄膜，其中，所述薄膜包括类金刚石薄膜。

以及，一种金属负极电池的改性隔膜的制备方法，所述改性隔膜包括多孔聚烯烃隔膜及至少沉积在所述多孔聚烯烃隔膜邻近负极材料的表面的薄膜，其中，所述薄膜的制备方法选自磁控溅射法、等离子化学气相沉积法、离子束辅助沉积法、脉冲激光沉积法或过滤阴极真空电弧沉积法的任意一种。

以及，一种二次电池，所述二次电池包括正极集流体、正极活性材料、隔膜、电解液和金属负极；其中，所述隔膜为上述的金属负极电池的改性隔膜或由上述金属负极电池的改性隔膜的制备方法制备得到的改性隔膜。

本发明所提供的金属负极电池的改性隔膜，所述改性隔膜包括多孔聚烯烃隔膜及至少沉积在所述多孔聚烯烃隔膜邻近负极材料的表面的薄膜，其中，所述薄膜包括类金刚石薄膜。采用薄膜对所述多孔聚烯烃隔膜进行修饰，且所述薄膜包括类金刚石薄膜，具有以下优点：

类金刚石薄膜具有较强的化学惰性，提高了隔膜抗氧化性和耐腐蚀性；类金刚石薄膜具有较强的附着力，能够均匀化沉积在隔膜的表面，保持修饰效果均匀平整；类金刚石薄膜具有较高的强度，增强了隔膜的强度，能够阻碍金属枝晶的生长，改变枝晶的生长方向，使其横向生长，避免金属枝晶刺穿隔膜，有效避免电池因隔膜受损而短路失效，提高了电池使用的安全性，同时能够引导负极金属均匀沉积，提高金属负极的稳定性，进而大幅增强电池的循环稳定性。