[发明专利]一种诱导和抑制锂枝晶生长的复合隔膜及制备方法和使用该隔膜的锂离子电池

说明书

本发明涉及一种诱导和抑制锂枝晶生长的复合隔膜及制备方法和使用该隔膜的锂离子电池。由基底隔膜、基底隔膜表面的金属化合物层和金属化合物层上面的导电碳层组成。制备方法是在基底隔膜表面依次涂覆金属化合物层和导电碳层。本申请还包括带有上述复合隔膜的锂离子电池。复合隔膜可以有效抑制锂枝晶的生长以及碳层的脱落，物理诱导锂枝晶的生长方向。该复合隔膜的原料来源广泛，成本低，使用隔膜涂布制备方法，便于大规模制备。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及一种诱导和抑制锂枝晶生长的复合隔膜及制备方法和使用该隔膜的锂离子电池。

背景技术

锂离子二次电池具有高比能量，质量轻，长循环寿命和无污染等特点。近年来在锂电池方向取得了巨大的进步，使锂离子电池在各种交通工具以及便携式电子数码领域得到广泛应用。但是，随着高性能的电子产品不断涌现，商业化的锂离子二次电池在循环稳定性和能量密度等方面越来越难以满足要求。用极高质量比容量的锂(3860mAh/g)来取代传统的石墨负极可以进一步提高锂离子二次电池的能量密度。但是，在锂离子电池的长放电过程中，会伴随锂枝晶的生长、负极材料体积的膨胀以及长时间循环后导致的负极材料的粉化甚至从集流体上剥离，这些关键问题长期制约着锂负极的许多商业化应用。

目前为止，各种用来解决锂电池中锂枝晶问题的技术中，较为简单有效的方式是在传统的隔膜表面涂覆一层导电碳材料，这种导电层碳的比表面积较大，电化学活性较好。同时，碳具有较为独特的层状结构，可以诱导锂枝晶的沿着碳结构生长。但是由于碳高的比表面积粘附在商业隔膜的表面，随着电池循环次数的增加，容易从隔膜表面脱落，对锂电池的使用性能起到负面作用。基于此，急需要发明一种稳定的高性能复合隔膜及其制备技术，使其为锂电池的产业化应用提供技术支持。

发明内容

本发明的目的在于提供一种诱导和抑制锂枝晶生长的复合隔膜及制备方法和使用该隔膜的锂离子电池，本发明提供的复合隔膜能够有效的抑制锂枝晶的生长及诱导锂离子电池中锂枝晶的生长方向，提高锂硫电池的循环稳定性和使用寿命。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种诱导和抑制锂枝晶生长的复合隔膜，由基底隔膜、基底隔膜表面的金属化合物层和金属化合物层上面的导电碳层组成，所述的金属化合物层厚度为5～15μm，所述的导电碳层厚度为5～15μm，所述的金属化合物层与导电碳层的厚度比为1:0.8-1.5。

一种诱导和抑制锂枝晶生长的复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤(1)：将PVDF-HFP溶解/分散在溶剂中，并将分散体在60℃高温下磁力搅拌6h；

步骤(2)：将金属化合物与粘合剂放到高能球磨机内，球磨混合均匀，得到金属化合物混合物；

步骤(3)：将步骤(1)中的分散体加入步骤(2)中的球磨罐中，继续球磨混合均匀，得到金属化合物悬浮液，悬浮液中固体含量在25％～75％；

步骤(4)：将步骤(3)中制备好的悬浮液涂覆在基底隔膜上，烘干后得到金属化合物复合隔膜；

步骤(5)：将导电碳和粘合剂放到高能球磨机内，球磨混合均匀，得到碳混合物；

步骤(6)：将步骤(5)中得到的碳混合物内加入溶剂，继续球磨混合均匀，得到碳悬浮液，悬浮液中固体含量在25％～75％；

步骤(7)：将步骤(6)中制备好的悬浮液涂覆在步骤(4)得到的金属化合物复合隔膜上，烘干得到金属化合物-导电碳层复合隔膜。

所述的步骤(2)中的金属化合物为LiF、Al₂O₃、Mo₂C中的一种。

所述的步骤(2)、(3)、(5)、(6)中的球磨时间为：2-10小时，所述的球磨转速为200-1000转/分钟。