[发明专利]一种用于碱金属基电池的高强度功能隔膜及制备方法和碱金属基电池

说明书

本发明涉及碱金属基电池技术领域，针对碱金属电池目前引入无机涂层的人工固态电解质界面膜等对碱金属阳极的效用有限的问题，公开一种用于碱金属基电池的高强度功能隔膜及制备方法和碱金属基电池，隔膜包括聚合物底膜和设置在聚合物底膜上的绝缘涂层；绝缘涂层由为纳米金刚石、纳米蒙脱石、纳米云母中的至少一种和有机粘结剂在聚合物底膜上涂覆制成。本发明采用不导电、高强度且本征化学惰性的无机颗粒，利用碱金属沉积/剥离过程中的应力变化实现纳米颗粒从隔膜到碱金属阳极界面的自转移，作为人工电子隧穿势垒维持SEI膜的低电子电导，组装的碱金属电池库伦效率、循环寿命及安全性均得到了显著提升。

技术领域

本发明涉及碱金属基电池技术领域，具体涉及一种用于碱金属基电池的高强度功能隔膜及制备方法和碱金属基电池。

背景技术

碱金属阳极例如锂、钠具有比石墨负极更高的理论比容量和更低的电极电势，是追求高能量密度电池的一种有前途的方法。然而，碱金属阳极沉积过程存在枝晶问题，面临循环稳定性差，安全隐患高等许多严峻挑战，限制了碱金属电池的商业应用。

在碱金属电池中，降低固态电解质界面膜的电子电导能够有效抑制电子隧穿，从而钝化碱金属阳极，阻止其与电解液的持续副反应。人工固态电解质界面膜例如LiF、Li₃PO₄、Li₃N和电解质改性液例如全氟电解液、高浓电解液、双盐电解液被用来形成富含无机成分的固态电解质界面膜以增强其保护功能。

然而，人工无机涂层可能损害固态电解质界面膜的离子电导和机械强度，引发其破裂导致局部电子泄露（He et.al., The intrinsic behavior of lithium fluoride insolid electrolyte interphases on lithium, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.2020, 117, 73）；电解液自发形成的固态电解质界面膜无机晶体随机分布，不具有定向调控枝晶周围电场的能力（Zheng et.al., Regulating Electrodeposition Morphology ofLithium: Towards Commercially Relevant Secondary Li Metal Batteries, Chem.Soc. Rev. 2020, 49, 2701）。因此上述策略稳定碱金属阳极的效用有限。此外，上述方法制备过程繁琐，成本高，与现存技术工艺不适配，不利于商业化生产。

发明内容

针对碱金属电池目前引入无机涂层的人工固态电解质界面膜等对碱金属阳极的效用有限，引起碱金属电池循环稳定性差、安全隐患高的问题，本发明的目的在于提供一种用于碱金属基电池的高强度功能隔膜，可以更有效的稳定碱金属阳极，使碱金属电池获得较优的循环稳定性。

本发明另一目的在于提供用于碱金属基电池的高强度功能隔膜的制备方法，制备工艺过程简单，成本低，利于商业化生产。

本发明再一目的为提供使用了上述碱金属基电池的高强度功能隔膜的碱金属基电池。

本发明提供如下的技术方案：

一种用于碱金属基电池的高强度功能隔膜，所述隔膜包括聚合物底膜和设置在聚合物底膜上的绝缘涂层；

所述绝缘涂层由包含无机颗粒和有机粘结剂的浆料在聚合物底膜上涂覆制成。

作为本发明的优选，所述无机颗粒为纳米金刚石、纳米蒙脱石、纳米云母中的至少一种；所述无机颗粒的粒径为50~500nm。