[发明专利]用于锂金属电池的隔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种用于锂金属电池的隔膜及其制备方法。一种用于锂金属电池的隔膜，包括隔膜本体，隔膜本体的至少一面上涂布有压电性能的压电陶瓷层，隔膜本体涂有压电陶瓷层的一面朝向锂金属电池的负极，压电陶瓷层由导电剂、粘结剂和压电陶瓷粒子复合而成。本发明的一种用于锂金属电池的隔膜，能够使得锂离子在反应的过程中，均匀沉积，均匀析出的锂比枝晶状锂表面积小，能够减少副反应，减慢锂电池性能衰减，而且均匀沉积地锂不会刺穿隔膜发生短路，提高电池安全性。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种用于锂金属电池的隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池由基本单元结构卷绕或者叠加构成，基本单元结构为正极/隔膜/负极。其中正极和负极是发生电化学反应的地方，通过正极和负极中的集流体，将电化学反应生成的电流收集并导出；隔膜负责将正极和负极分隔开，避免正负极发生接触出现短路。

在锂电池充电过程中，锂离子从正极活性材料中脱嵌出，在电解液中进行传导，并在负极活性材料嵌入。当进行大电流快速充电或者低温充电时，锂离子嵌入负极速度小于锂离子传导到负极活性材料的速度时，会在负极表面发生金属锂析出现象。金属锂析出沉积时通常会形成树枝状金属锂。（参考文献《锂离子电池负极析锂机制及抑制方法研究》，哈尔滨工业大学 刘倩倩）。树枝状的金属锂具有很高的比表面积，会与电解液发生副反应，导致电池产气和容量下降。进一步的，树枝状金属锂有可能刺穿隔膜，导致锂电池发生短路和燃烧爆炸。因此抑制锂枝晶生长和刺穿隔膜，是锂电池研发和制造中必须解决的问题。树枝状金属锂以下简称锂枝晶。

现有技术中，可以通过在隔膜表面设置机械阻挡层和锂枝晶生长诱导层来抑制锂枝晶生长。专利CN111682147A公开了将Zn-MOF材料以及ZnNC碳材料涂覆在隔膜表阻挡锂枝晶生长。专利CN111416089公开了将LiF、Al₂O₃、Mo₂C涂覆在隔膜表面阻挡锂枝晶生长的技术。然而诱导作用只能延缓锂枝晶生长，机械阻挡层仍要具有孔洞缝隙，也无法完全阻隔锂枝晶生长。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决现有技术中的金属锂电池中金属锂析出形成锂枝晶，锂枝晶表面积大易与电解液发生副反应，导致电池产气和容量下降，进一步地，锂枝晶可能刺穿隔膜，导致锂电池发生短路和燃烧爆炸的技术问题。本发明提供一种用于锂金属电池的隔膜以及其制备方法，有效避免金属锂沉积为枝晶状，本发明使得金属锂在反应的过程中，均匀沉积，均匀析出的锂比枝晶状锂表面积小，能够减少副反应，减慢锂电池性能衰减，而且均匀沉积锂不会刺穿隔膜发生短路，提高电池安全性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于锂金属电池的隔膜，包括隔膜本体，所述隔膜本体的至少一面上涂布有压电性能的压电陶瓷层，所述隔膜本体涂有压电陶瓷层的一面朝向锂金属电池的负极，所述压电陶瓷层由导电剂、粘结剂和压电陶瓷粒子复合而成。

优选地，所述导电剂和所述压电陶瓷粒子的重量比为1:8~4:8。所述导电剂和所述压电陶瓷粒子的重量比在此范围内锂离子均匀沉积效果最优。

可选地，所述导电剂为导电炭黑、导电石墨、碳纳米管或石墨烯。

可选地，所述粘结剂为丁苯橡胶、PVDF或聚丙烯酸。

优选地，所述压电陶瓷粒子为无机粒子，所述压电陶瓷粒子的压电常数D33大于50。

可选地，所述压电陶瓷粒子为含钡层状结构化合物、铌酸盐、含铋层状结构化合物或含铋钙钛矿型化合物。