本申请涉及光伏,主要涉及一种二次电池及其制备方法。
背景技术:
1、在二次电池尤其是锂离子电池的正常充放电过程中,除了锂离子与活性物质材料的嵌入/脱出(或合金化/去合金化)反应外,还存在电解液与活性物质之间的副反应。这些副反应不可避免地伴随着气体的产生,如靠近正极侧通常生成的o2、co2、co气体,以及靠近负极侧生成的烷烃类(如ch4、c2h6)和烯烃类(如c2h4、c3h6)气体。这些气体的积累不仅会导致电池内部压力升高,还可能引发电池鼓胀、内短路等安全问题,严重影响电池的性能和寿命。
2、为了缓解这一问题,已经提出了一些解决方案。例如,通过优化电极材料、改善电池结构以及制定合理的充放电制度等方法来减少副反应的发生。然而,这些方法在实际应用中效果有限,且往往难以兼顾电池性能与成本。
3、此外,还有一些研究尝试在电池隔膜中引入特定的吸附材料,以吸附电池循环过程中产生的气体。例如,在负极活性材料层中设置多孔材料,或在隔膜中使用金属有机框架类化合物(mofs)等纳米填料来吸附气体。
4、然而,这些方法存在制备复杂、成本高、吸附效果有限或可能影响电池性能等问题。
5、本申请提供了一种二次电池及其制备方法,解决电池内部产气造成的电池性能恶化、影响电池安全使用的问题。
技术实现思路
1、为了解决电池内部产气造成的电池性能恶化、影响电池安全使用的问题,本申请提供了一种二次电池及其制备方法。所述二次电池包括正极、负极、电解液和隔膜,所述隔膜设置在所述正极与所述负极之间,所述隔膜包括基膜,所述基膜靠近正极的一面设置第一多孔涂层,所述第一多孔涂层包括共价有机框架多孔材料,所述基膜靠近负极的一面设置第二多孔涂层,所述第二多孔涂层包括氢键有机框架多孔材料。
2、通过在基膜上双侧涂覆具有不同气体吸附性能的有机多孔框架材料,这些多孔材料对气体吸附具有一定的特异性,如靠近正极侧基膜所涂覆的共价有机框架多孔材料对co2、co、o2这类气体具有很强的吸附效果,靠近负极侧基膜所涂覆的氢键有机框架多孔材料对上述提到的烷烃类、烯烃类气体具有很好的吸附效果。
3、通过调整涂层的厚度,可以实现调整复合膜的孔隙率,获得最佳的气体吸附效果,并避免产气对锂离子电池性能产生的影响,有效防止电池内部产气造成的电池性能恶化,确保电池安全使用,解决电池内部产气造成的电池性能恶化、影响电池安全使用的问题。
4、可选的,所述第一多孔涂层的厚度为0.1μm ~2μm,所述第二多孔涂层的厚度为0.2μm ~0.3μm,所述基膜的厚度为4μm ~30μm。
5、可选的,所述共价有机框架多孔材料为cof-1、cof-5、cof-10、cof-8或cof-102中的一种或多种。
6、可选的,所述氢键有机框架多孔材料为hof-14、hof-16、zju-hof-1、zju-hof-10或hof-fju-1中的一种或多种。
7、可选的,所述基膜为陶瓷基膜、聚乙烯基膜、聚丙烯基膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯多层基膜、对苯二甲酸乙二醇酯基膜、聚丙烯腈基膜、玻璃纤维基膜、纤维素基膜、聚偏氟乙烯基膜聚烯烃类膜或者无纺布隔膜。
8、本申请还提供了一种二次电池的制备方法,用于制备上述任一项所述的二次电池,包括:将静电纺丝纳米纤维溶于极性有机溶剂中,搅拌后,得到预备电纺液;在部分所述预备电纺液中加入共价有机框架多孔材料,搅拌后,得到第一混纺膜电解液;在剩余所述预备电纺液中加入氢键有机框架多孔材料,搅拌后,得到第二混纺膜电解液;将所述第一混纺膜电解液电纺在基膜靠近正极的一面,将所述第二混纺膜电解液电纺在基膜靠近负极的一面,进行等离子处理后,得到隔膜;将所述隔膜、正极、负极和电解液进行组装,经过封装后,得到所述二次电池。
9、可选的,所述方法还包括:将静电纺丝纳米纤维溶于极性有机溶剂中,搅拌2h~4h直至混合均匀,得到预备电纺液,所述极性有机溶剂与所述静电纺丝纳米纤维的质量比为10:1~20:1,所述极性有机溶剂为二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺二甲基亚砜、环丁砜、硝酸亚乙基酯、二乙基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的一种或几种;在所述预备电纺液中加入所述共价有机框架多孔材料,超声搅拌4h~8h后,在室温下静置6h~8h,得到第一混纺膜电解液;在所述预备电纺液中加入所述氢键有机框架多孔材料,超声搅拌4h~8h后,在室温下静置6h~8h,得到第二混纺膜电解液;将所述第一混纺膜电解液电纺在所述基膜靠近正极的一面,将所述第二混纺膜电解液电纺在所述基膜靠近负极的一面,利用非聚合性的无机气体进行等离子处理后,得到隔膜,所述非聚合性的无机气体包括o2、n2、co2、co、h2o中的一种或几种,所述等离子处理的压强为80 w~120w、处理时间为40 s~120s;将所述隔膜、正极、负极和电解液进行组装,封装后,得到所述二次电池。
10、可选的,在所述第一混纺膜电解液中,所述共价有机框架多孔材料与所述静电纺丝纳米纤维的质量比为1:1~40:1,在所述第二混纺膜电解液中,所述氢键有机框架多孔材料与所述静电纺丝纳米纤维的质量比为1:1~40:1。
11、可选的,所述电纺的外接电压为10 kv ~25kv,挤出速度为1 ml·h-1~2.5 ml·h-1,收集器为滚筒状,挤出管与所述收集器之间的距离为10 cm~20cm,滚筒的收集速度为50rpm ~300 rpm。
12、可选的,所述第一混纺膜电解液在所述基膜靠近正极的一面电纺的厚度为0.1μm~2μm,将所述第二混纺膜电解液在所述基膜靠近负极的一面电纺的厚度为0.2μm ~0.3μm。
13、本申请提供了一种二次电池及其制备方法。所述二次电池包括正极、负极、电解液和隔膜,所述隔膜设置在所述正极与所述负极之间,所述隔膜包括基膜,所述基膜靠近正极的一面设置第一多孔涂层,所述第一多孔涂层包括共价有机框架多孔材料,所述基膜靠近负极的一面设置第二多孔涂层,所述第二多孔涂层包括氢键有机框架多孔材料。
14、在基膜的双侧涂覆具有不同气体吸附性能的有机多孔框架材料,这些多孔材料对气体吸附具有一定的特异性且高效。如靠近正极侧基膜所涂覆的共价有机框架多孔材料对co2、co、o2这类气体具有很强的吸附效果,靠近负极侧基膜所涂覆的氢键有机框架多孔材料对上述提到的烷烃类、烯烃类气体具有很好的吸附效果。
15、上述材料能有效吸附气体,解决电池内部产气造成的电池性能恶化、影响电池安全使用的问题。
1.一种二次电池,其特征在于,所述二次电池包括:
2.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,所述第一多孔涂层的厚度为0.1μm~2μm,所述第二多孔涂层的厚度为0.2μm~0.3μm,所述基膜的厚度为4μm~30μm。
3.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,所述共价有机框架多孔材料为cof-1、cof-5、cof-10、cof-8或cof-102中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,所述氢键有机框架多孔材料为hof-14、hof-16、zju-hof-1、zju-hof-10或hof-fju-1中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,所述基膜为陶瓷基膜、聚乙烯基膜、聚丙烯基膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯多层基膜、对苯二甲酸乙二醇酯基膜、聚丙烯腈基膜、玻璃纤维基膜、纤维素基膜、聚偏氟乙烯基膜聚烯烃类膜或者无纺布隔膜。
6.一种二次电池的制备方法,用于制备权利要求1~5任一项所述的二次电池,其特征在于,包括:
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,还包括:
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,在所述第一混纺膜电解液中,所述共价有机框架多孔材料与所述静电纺丝纳米纤维的质量比为1:1~40:1,在所述第二混纺膜电解液中,所述氢键有机框架多孔材料与所述静电纺丝纳米纤维的质量比为1:1~40:1。
9. 根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述电纺的外接电压为10 kv~25kv,挤出速度为1 ml·h-1~2.5 ml·h-1,收集器为滚筒状,挤出管与所述收集器之间的距离为10 cm~20cm,滚筒的收集速度为50 rpm ~300 rpm。
10.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述第一混纺膜电解液在所述基膜靠近正极的一面电纺的厚度为0.1μm~2μm,将所述第二混纺膜电解液在所述基膜靠近负极的一面电纺的厚度为0.2μm~0.3μm。