[发明专利]一种功能隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种功能隔膜及其制备方法和应用，属于锂金属电池隔膜技术领域。本发明提供了一种功能隔膜，包括层叠设置的隔膜和致密修饰层，所述致密修饰层中含有阴离子型的共价有机框架和聚偏氟乙烯。本发明提出了一种阴离子型的共价有机框架修饰的功能隔膜，阴离子型的COF致密修饰层中的COF可以通过静电相互作用阻碍锂盐阴离子的穿梭，延长锂枝晶的形核时间，提高电池的安全性和稳定性；利用COF的一维纳米开放孔道，可显著提高致密修饰层的锂离子的传输，提升电池的锂离子迁移数、循环性能。

技术领域

本发明涉及锂金属电池隔膜技术领域，尤其涉及一种功能隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂金属电池中由于锂金属电极的活性较高，化学/电化学稳定性较差，其在连续的锂沉积/剥离过程中易形成锂枝晶，破坏固体电解质界面(SEI)膜，加剧副反应，从而不断消耗锂金属负极，甚至产生“死锂”，最终导致库伦效率的降低，造成不可逆容量损失，恶化电池循环性能。更严重的情况下，枝晶还会刺穿隔膜使得正负极接触，引起电池短路，导致热失控，引发电池自燃和爆炸。

针对这一挑战，通过引入具有亲锂性和对锂盐阴离子穿梭具有阻碍作用的材料作为隔膜修饰层，可以有效实现锂离子的均匀沉积以及通过抑制锂盐阴离子的传输实现延长锂枝晶的形核时间，甚至达到抑制锂枝晶的目的，提升电池性能。然而，现如今的大多数隔膜改性材料只注重于亲锂性，没有考虑到锂盐阴离子的传输行为，即不能解决现有技术中锂枝晶问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种功能隔膜及其制备方法和应用。本发明提供的功能隔膜中阴离子型的共价有机框架(COF)通过静电相互作用抑制锂盐阴离子的传输，同时COF具有的开放的一维纳米孔道，保证了锂离子在电池中的快速传输，解决了锂枝晶的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种功能隔膜，包括层叠设置的隔膜和致密修饰层，所述致密修饰层中含有阴离子型的共价有机框架和聚偏氟乙烯。

优选地，所述阴离子型的共价有机框架为经-COOH或-SO₃-阴离子型化的共价有机框架。

优选地，所述含有阴离子型的共价有机框架和聚偏氟乙烯的质量比为7：3～9：1。

优选地，所述含有阴离子型的共价有机框架由包括以下步骤的方法制得：

将2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛、4,4'-二氨基-1,1'-联苯-3,3'-二羧酸、溶剂和催化剂混合，得到混合液；

将所述混合液依次进行冷冻、解冻和溶剂热反应，得到所述含有阴离子型的共价有机框架。

优选地，所述2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛与4,4'-二氨基-1,1'-联苯-3,3'-二羧酸的质量比为60～70：120～125。

优选地，所述致密修饰层的厚度为大于1μm。

优选地，所述隔膜的材质为聚丙烯。

本发明还提供了上述技术方案所述的功能隔膜的制备方法，包括以下步骤：

将含有阴离子型的共价有机框架、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮混合，得到浆料；

将所述浆料涂覆在隔膜的表面，得到所述功能隔膜。

优选地，所述涂覆为刮刀进行涂敷，所述刮刀与隔膜的表面的间距为2～20μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的功能隔膜或上述技术方案所述的制备方法制得的功能隔膜作为锂金属电池隔膜材料的应用。

本发明提供了一种功能隔膜，包括层叠设置的隔膜和致密修饰层，所述致密修饰层中含有阴离子型的共价有机框架和聚偏氟乙烯。