[发明专利]一种可提高锂电池循环寿命的复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可提高锂电池循环寿命的复合膜，包括多孔基膜和分布于所述多孔基膜两侧的电解质膜，所述电解质膜包括传导锂离子聚合物、含有镁盐的添加剂和无机惰性粉体，或者所述电解质膜包括传导锂离子聚合物、含有镁盐的添加剂和无机快离子导体。该复合膜在使用时，需要注入少量的电解液，通过该复合膜中含有镁盐的添加剂，可与锂金属电池的阳极反应，形成锂镁合金、LiCl、Li₂O、Li₂CO₃等多成分混合SEI层，可提高SEI层的牢固性，抑制锂枝晶的生长和消耗，提高电池的循环性和安全性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池及锂电池技术领域，特别涉及一种可提高锂电池循环寿命的复合膜及其制备方法。

背景技术

为了应对电动汽车和便携式电子设备的快速发展,迫切需要具有高能量密度的充电电池。金属锂由于其高的理论比能量(3860mAh/g)和极低的还原电位(相对于标准氢电极为-3.04V)，是用于开发高能量密度电池的非常有希望的阳极。但是，由树枝状锂和死锂的形成引起的不安全性和不稳定性严重阻碍了其商业应用。锂金属在循环过程中，采用常规碳酸盐电解质的电池，负极形成的SEI膜不均匀且易碎，这会导致锂沉积/溶解不均匀以及SEI反复开裂/修复。此外，长期循环过程中由不均匀的锂沉积引起的锂枝晶的连续生长对锂金属电池使用构成了安全隐患。为了解决上面的问题，到目前，可以通过以下四种方法抑制锂枝晶的生长：(1)优化电解质配方；(2)设计更优质的锂金属负极集电器；(3)改变隔离膜；4)加强锂金属阳极表面的保护层。

其中，聚合物电解质具有质量轻、粘弹性好，易成膜等有机溶剂电解质所不可比的优点，并且使用聚合物电解质可以抑制锂枝晶的形成。但是聚合物电解质特别是凝胶聚合物电解质与锂电池接触时，由于聚合物电解质中聚合物、锂盐、增塑剂电解液等与锂金属负极的反应，容易产生界面钝化现象，随着钝化现象日益加剧，钝化层的厚度不断增加，内阻不断增大，最终导致电池循环性能降低；并且形成的钝化层还会影响Li+在沉积/溶解过程中电流分布的均匀性，生成枝晶，导致安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高锂电池循环寿命的复合膜及其制备方法，可提高SEI层的牢固性，进而抑制枝晶的生长和消耗，提高电池的循环性和安全性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种可提高锂电池循环寿命的复合膜，包括多孔基膜和分布于所述多孔基膜两侧的电解质膜，所述电解质膜包括传导锂离子聚合物、含有镁盐的添加剂和无机惰性粉体，或者所述电解质膜包括传导锂离子聚合物、含有镁盐的添加剂和无机快离子导体。

作为优选，所述含有镁盐的添加剂为MgCl₂粉体或者含有MgCl₂成分的粉体。

作为优选，所述含有镁盐的添加剂为凹凸棒石晶体。

作为优选，所述凹凸棒石晶体吸附电解液，该复合膜通过凹凸棒石晶体吸附的电解液和传导锂离子聚合物传输锂离子。

作为优选，所述电解质膜的部分渗透至所述多孔基膜的孔隙中。

作为优选，所述多孔基膜为聚烯烃类多孔基膜、无纺布多孔基膜和聚偏二氟乙烯多孔基膜中的一种或者所述无纺布多孔基膜和聚烯烃膜两者的复合基膜；所述传导锂离子聚合物为聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯中的一种。

作为优选，所述无机惰性粉体为勃姆石、氧化铝、氧化镁、氢氧化镁、氧化锆中的一种。

作为优选，所述无机快离子导体为以下任意一种或多种：

LiDE(PO₄)₃，其中，D为Ti、Zr、Si、Hf中的一种，E为Ti、Zr、Si、Ge中的一种；