[发明专利]一种隔膜及含有该隔膜的电池

说明书

本发明提供了一种隔膜及含有该隔膜的电池。本发明在基材表面设置含有类螯合物结构的聚合物的功能层，该聚合物的部分侧链具有类螯合物结构，其可以与过渡金属离子鳌合，进而将其吸附于隔膜上，以此来阻挡过渡金属离子向负极的迁移。由于过渡金属离子向负极的迁移被阻挡，因而负极表面的SEI膜不会因过渡金属离子而被破坏，进而可以延长电池循环寿命。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种隔膜及含有该隔膜的电池。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高，适用温度范围广，而被广泛应用于电动汽车、手机、储能电站等领域。目前主流的锂离子电池正极多采用含锂过渡金属氧化物，例如钴酸锂、锰酸锂和镍钴锰三元正极材料。

在电池充放电循环过程中，正极中的部分过渡金属会因为电解液腐蚀或者正极材料的晶格变化或其它原因而脱离正极，以离子的形式溶解在电解液中。而溶解在电解液中的过渡金属离子会迁移到负极，并被负极表面的固态电解质层(即SEI膜)吸附。由于负极电势低，吸附到负极表面的过渡金属离子会被还原成金属单质，金属单质又会催化SEI膜中的烷基锂分解为碳酸锂和乙烯，持续暴露出新鲜的负极表面，并再次形成SEI膜，同时金属单质再被氧化为金属离子，金属离子又再被还原为金属单质。上述过程反复进行，导致SEI膜反复破坏-再修复，严重消耗电解液和活性锂，导致电池的循环寿命变短。

发明内容

为了改善现有技术中正极材料溶出的过渡金属离子向负极迁移，破坏负极表面的SEI膜，消耗电池中的电解液和活性锂，进而导致电池的循环寿命短的问题，本发明提供一种可改善上述问题的隔膜及含有该隔膜的电池。本发明通过在隔膜上设置含有类螯合物结构的聚合物的功能层，所述含有类螯合物结构的聚合物可以将溶出的过渡金属离子捕获，牢牢地将溶出的过渡金属离子固定于隔膜中，阻碍其向负极迁移，以此减少过渡金属离子在负极表面的沉积，阻止过渡金属离子对负极表面SEI膜的破坏，进而可以显著提高电池的循环寿命。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种隔膜，所述隔膜包括功能层和基材，所述功能层设置在基材的至少一侧表面上，所述功能层包括聚合物，所述聚合物包括式(1)和/或式(2)所示的重复单元：

式(1)中，R选自虚线表示聚合物的主链的结构单元与R基团相连的化学键；

式(2)中，R₁、R₂相同或不同，彼此独立地选自OH、R，且至少有一个选自R，R的定义如上所述；

*表示重复单元的连接端。

根据本发明的实施方式，式(2)中，R₁选自OH，R₂选自R；或者，R₁选自R，R₂选自OH；或者，R₁选自R，R₂选自R，R的定义如上所述。

根据本发明的实施方式，所述聚合物的侧链具有类螯合物结构、即包括至少一个配位体(R基团)，所述类螯合物结构可以捕获金属离子(例如，两个以上配位体可以与同一金属离子形成螯合环)，从而锁住该金属离子，阻碍其向负极迁移，进而阻止该金属离子对负极表面SEI膜的破坏，延长电池的循环寿命。

根据本发明的实施方式，所述聚合物还可以包括式(3)和/或式(4)所示的重复单元：

*表示重复单元的连接端。

根据本发明的实施方式，所述式(3)和/或式(4)所示的重复单元的引入有利于传输离子(如锂离子)，且不增加电池的内阻。

根据本发明的实施方式，所述聚合物还可以包括式(5)所示的重复单元：