本申请属于电池,具体涉及一种复合隔膜及其制备方法和应用。
背景技术:
1、钠电池与其他电化学储能装置类似,主要由正极片、负极片、电解液、隔膜和封装材料等组成。隔膜作为钠电池的四大主要部件之一,设置在正极片和负极片之间,不仅可以防止正负电极接触短路,还可以为钠离子提供传输通道。隔膜虽然不直接参与任何电极反应,但其结构和性能对载流子的传输起着重要作用。对电池隔膜而言,在满足基本的力学性能和热稳定性的基础上,还需要具备良好的离子电导率以及电解液亲和力。
2、相关技术中,主要通过涂覆无机陶瓷颗粒对其进行改性,以提升隔膜的热稳定性,但该改性方法得到的隔膜对电解液的浸润性仍然不足,钠离子迁移数较低,且副产物较多。
技术实现思路
1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本申请的目的在于提出一种复合隔膜及其制备方法和应用。本申请通过在功能层中添加溴化钠,一方面可提高钠离子迁移数;另一方面可增强复合隔膜在电解液中的浸润性,并降低正极副产物在体系中的稳定性,提升正极主产物的溶解度和稳定性,从而能够降低电池的电荷转移阻抗,提升电池的比容量和循环性能。
2、在本申请的一个方面,本申请提出了一种复合隔膜。根据本申请的实施例,所述复合隔膜包括:
3、隔膜基体;
4、功能层,所述功能层设置在所述隔膜基体的至少一侧,所述功能层包括无机陶瓷材料、功能添加剂和粘结剂,所述功能添加剂包括溴化钠和三氟甲烷磺酸钠中的至少一种。
5、根据本申请实施例的复合隔膜,通过在功能层中添加溴化钠,一方面可提供游离的钠离子,在体系中形成钠离子传输通道,从而提高钠离子迁移数;另一方面溴离子可增强复合隔膜在电解液中的浸润性,并降低正极副产物在体系中的稳定性,提升正极主产物的溶解度和稳定性,从而能够降低电池的电荷转移阻抗,提升电池的比容量和循环性能。
6、另外,根据本申请上述实施例的复合隔膜还可以具有如下附加的技术特征:
7、在本申请的一些实施例中,所述无机陶瓷材料与所述功能添加剂的质量比为(1~12):1;或,所述无机陶瓷材料与所述功能添加剂的质量比为(3~5):1。
8、在本申请的一些实施例中,所述功能添加剂在所述功能层中的质量占比为5%~50%;或,所述功能添加剂在所述功能层中的质量占比为15%~25%。
9、在本申请的一些实施例中,所述无机陶瓷材料包括氧化铝和二氧化硅微球,所述氧化铝和所述二氧化硅微球的质量比为1:(0.3~3.6);或,所述氧化铝和所述二氧化硅微球的质量比为1:(2~3)。
10、在本申请的一些实施例中,所述氧化铝在所述功能层中的质量占比为10%~60%,或所述氧化铝在所述功能层中的质量占比为15%~30%;和/或,所述二氧化硅微球在所述功能层中的质量占比为13%~70.3%,或所述二氧化硅微球在所述功能层中的质量占比为50%~60%。
11、在本申请的一些实施例中,所述二氧化硅微球的粒径d50为200nm~500nm,且满足(d99-d10)/d50=0.5~1.5。
12、在本申请的一些实施例中,所述粘结剂在所述功能层中的质量占比为0.5%~5.0%;和/或,所述粘结剂包括聚乙烯醇、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚丙烯腈和丁苯橡胶中的至少一种;和/或,所述隔膜基体包括聚乙烯和聚丙烯中的至少一种。
13、在本申请的一些实施例中,所述功能层还包括分散剂和润湿剂,所述分散剂在所述功能层中的质量占比为0.1%~1.0%,所述润湿剂在所述功能层中的质量占比为0.1%~1.0%。
14、在本申请的一些实施例中,所述分散剂包括羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种;和/或,所述润湿剂包括阴离子表面活性剂、聚乙烯表面活性剂和多元醇表面活性剂中的至少一种。
15、在本申请的一些实施例中,所述复合隔膜在150℃下烘烤1h后md方向的热收缩率小于5%;和/或,浸泡在电解液中的所述复合隔膜的钠离子迁移数为0.2~0.6。
16、在本申请的第二个方面,本申请提出了一种制备上述复合隔膜的方法。根据本申请的实施例,该方法包括:
17、将无机陶瓷材料、功能添加剂、粘结剂、分散剂、润湿剂和溶剂混合,形成混合浆料;
18、将所述混合浆料涂覆在隔膜基体的至少一侧,干燥,得到复合隔膜。
19、根据本申请实施例的制备上述复合隔膜的方法,简单易实施,容易工业化。同时,该方法通过在混合浆料中添加溴化钠,一方面可提供游离的钠离子,在体系中形成钠离子传输通道,从而提高钠离子迁移数;另一方面溴离子可增强复合隔膜在电解液中的浸润性,并降低正极副产物在体系中的稳定性,提升正极主产物的溶解度和稳定性,从而能够降低电池的电荷转移阻抗,提升电池的比容量和循环性能。
20、另外,根据本申请上述实施例的制备上述复合隔膜的方法还可以具有如下附加的技术特征:
21、在本申请的一些实施例中,所述混合浆料的固含量为20wt%~50wt%。
22、在本申请的第三个方面,本申请提出了一种电池。根据本申请的实施例,上述电池包括以上实施例的复合隔膜或者包括以上实施例方法制得的复合隔膜。由此,能够有效降低电池的电荷转移阻抗,有效提升电池的比容量和循环性能。
23、在本申请的第四个方面,本申请提出了一种用电设备。根据本申请的实施例,用电设备具有以上实施例所述的电池。由此,用电设备具有电池的所有优点,在此不再赘述。
24、本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
1.一种复合隔膜,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的复合隔膜,其特征在于,所述无机陶瓷材料与所述功能添加剂的质量比为(1~12):1;
3.根据权利要求2所述的复合隔膜,其特征在于,所述功能添加剂在所述功能层中的质量占比为5%~50%;
4.根据权利要求3所述的复合隔膜,其特征在于,所述无机陶瓷材料包括氧化铝和二氧化硅微球,所述氧化铝和所述二氧化硅微球的质量比为1:(0.3~3.6);或,所述氧化铝和所述二氧化硅微球的质量比为1:(2~3)。
5.根据权利要求4所述的复合隔膜,其特征在于,所述氧化铝在所述功能层中的质量占比为10%~60%,或所述氧化铝在所述功能层中的质量占比为15%~30%;
6.根据权利要求4所述的复合隔膜,其特征在于,所述二氧化硅微球的粒径d50为200nm~500nm,且满足(d99-d10)/d50=0.5~1.5。
7.根据权利要求5所述的复合隔膜,其特征在于,所述粘结剂在所述功能层中的质量占比为0.5%~5.0%;
8.根据权利要求1~7中任一项所述的复合隔膜,其特征在于,所述功能层还包括分散剂和润湿剂,所述分散剂在所述功能层中的质量占比为0.1%~1.0%,所述润湿剂在所述功能层中的质量占比为0.1%~1.0%。
9.根据权利要求8所述的复合隔膜,其特征在于,所述分散剂包括羧甲基纤维素钠、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种;
10.根据权利要求1~7中任一项所述的复合隔膜,其特征在于,所述复合隔膜在150℃下烘烤1h后md方向的热收缩率小于5%;
11.一种制备权利要求1~10中任一项所述的复合隔膜的方法,其特征在于,包括:
12.根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述混合浆料的固含量为20wt%~50wt%。
13.一种电池,其特征在于,包括权利要求1~10中任一项所述的复合隔膜或者包括权利要求11或12所述方法制得的复合隔膜。
14.一种用电设备,其特征在于,具有权利要求13所述的电池。