一种有助于预碱金属化的微孔隔膜及其所属电池的制作方法

本实用新型属于碱金属离子电池技术领域，特别涉及一种有助于预碱金属化的微孔隔膜及其所属电池。

背景技术：

碱金属离子电池由于其一致性好、力学性能好、安全性高等优点广受人们青睐。随着科技进步和碱金属离子电池技术的高速发展，人们对碱金属离子电池的性能要求越来越高，特别是能量密度、循环寿命等电化学性能。目前，一些种类的碱金属离子电池负极材料虽然具有较高的理论容量，但是一大突出缺点是高的不可逆容量，因此提高其首次效率是实现大规模应用的必经之路，而预碱金属化是解决该问题的一个有效方法。然而，该技术存在诸多困难，各大企业仍然处于技术攻关阶段。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种有助于预碱金属化的微孔隔膜及其所属电池，微孔隔膜包括隔膜本体和多孔碱金属材料，多孔碱金属材料整体存在于隔膜本体内部，

多孔碱金属材料为具有一定延展性的薄片状结构，具体为多孔的碱金属箔片(多孔锂箔)或含碱金属的相关颗粒物材料被固定在多孔片状集流体上，多孔碱金属材料上的孔径大小为允许碱金属离子通过的微米或纳米级孔洞，

从碱金属材料的选择上来看，对电极进行预锂化时，选择电位低于该电极的活性材料在理论上都是可行的，

片状多孔碱金属材料在隔膜本体的制备阶段引入：制备隔膜本体的高分子聚合物和添加剂等原料混合后形成均匀的熔体，挤出设备上上下对称设置有两个出口，将片状多孔碱金属材料平铺于上下两个出口所挤出的熔体之间(上下熔体均呈接近于平铺的片状形态挤出)，从而使片状多孔碱金属材料的上下两个表面分别被挤出的熔体材料所粘结覆盖，在此基础上，以适当压力将上下熔体材料向中间压紧结合得到隔膜本体(并同时实现对片状多孔碱金属材料的整体包覆)，再进行后续的拉伸造孔操作，

该复合工艺利用挤出的熔体在充分冷却之前的胶粘性，通过片状多孔碱金属材料上的孔洞实现上下熔体之间充分胶黏在一起形成隔膜本体，再通过整体拉伸造孔，实现贯通孔洞的出现，使隔膜本体具备电池微孔膜结构的同时，防止了片状多孔碱金属材料无法与电解液接触，

片状多孔碱金属材料自身具有一定的延展性，因此与隔膜本体成型度高，其多孔结构也防止了对隔膜本体孔隙的堵塞，

制备隔膜本体的高分子聚合物为聚乙烯pe、聚丙烯pp、涤纶树脂pet、聚酰亚胺pi、聚酰胺pa中的一种或多种的混合，

作为优选：隔膜本体的至少一个膜面上涂覆有涂层，涂层为陶瓷涂层、胶体涂层、离子导体涂层中的一种或几种的层叠复合，这些涂层的设置有助于进一步减少环境中的物质与隔膜本体内部的片状多孔碱金属材料之间的接触，

作为优选：微孔隔膜中还包括极耳，极耳为金属极耳，具体为锂极耳、镍极耳、铝极耳中的一种，极耳在片状多孔碱金属材料被引入隔膜本体之前，通过焊接或者热压等工艺与连接到片状多孔碱金属材料的边沿处，

本方案中的微孔隔膜中复合有多孔碱金属材料，因此可以作为外部碱金属源专门对电池电极进行预锂化补锂，同时由于微孔隔膜具有电池微孔膜的性质，因此也可以装配到电池中作为电池隔膜的同时对电极进行预锂化补锂：

该微孔隔膜所属的电池包括微孔隔膜、负极极片、负极极耳、正极极片、正极极耳，微孔隔膜作为电池隔膜，并按照负极极片/微孔隔膜/正极极片的顺序排列设置后通过卷绕或叠片的方式制成极芯，

负极极耳和正极极耳可以是铝极耳，极耳在电池制片阶段焊接到正极极片或负极极片上，

作为优选：微孔隔膜在膜面的投影上完全覆盖住负极极片，负极极片在片面的投影上完全覆盖住正极极片，这样可充分发挥正极极片的容量。

本实用新型通过将多孔碱金属材料与隔膜进行有机复合成为一体，在环境气氛与碱金属材料之间实现阻隔，隔膜被拉伸形成微孔后多孔碱金属材料上只有部分表面裸露出来与电解液相接触，而涂层的涂覆在一定程度上也进一步减少了裸露面积(但不将多孔碱金属材料与电解液完全隔离开)；在进行基于该隔膜的极芯的装配操作时，实现了碱金属源的同步植入，不需要对现有设备进行改动，以便在常规的碱金属离子电池工厂进行工业化生产；

多孔碱金属材料的使用可以防止对碱金属离子在正负极间、隔膜两侧的移动产生阻碍(即使起初时隔膜上的某些微孔被碱金属材料上的实心部分堵住了，随着补碱金属反应的进行，这部分实心区域也会逐渐溶解从而形成孔洞的)，有利于电芯整体的动力学性能，而且还可以根据预碱金属量的不同来定量调整含碱金属材料的使用量，减少正极碱金属源的消耗，提高电池的能量密度。

附图说明

图1为本实用新型的有助于预碱金属化的微孔隔膜的层结构示意图(剖视)，

图2为本实用新型的有助于预碱金属化的微孔隔膜所属的电池的结构示意图，

其中，1─极耳，2─隔膜本体，3─多孔碱金属材料，4─涂层，10─微孔隔膜，11─负极极片，12─负极极耳，13─正极极片，14─正极极耳。

具体实施方式

实施例1

如附图1所示，本实用新型的有助于预碱金属化的微孔隔膜10包括隔膜本体2、多孔碱金属材料3(多孔锂箔)、极耳1，多孔锂箔整体存在于隔膜本体2的内部，极耳1为片状结构，其边沿事先通过焊接连接在多孔锂箔边沿上，极耳1与多孔锂箔位于同一平面内，极耳1上远离多孔锂箔的一端伸出至隔膜本体2的外部，隔膜本体2的两个膜面上均涂覆有涂层4，涂层4为陶瓷涂层，

如附图2所示，本实用新型的有助于预碱金属化的微孔隔膜10所属的电池除了微孔隔膜10外，还包括负极极片11、负极极耳12、正极极片13、正极极耳14，其中，负极极片11为硅基负极材料固定负载于片状集流体上而形成，硅基负极材料具有较高的理论容量，有极大的潜力在未来大规模地在锂离子电池行业作为负极使用，当前氧化亚硅负极材料已经在一定程度上进行商业化应用，但是其一大突出缺点为高的不可逆容量，通过本方案的设计对硅基负极材料进行补锂；

负极极耳12与负极极片11之间的位置连接关系、正极极耳14与正极极片13之间的位置连接关系均参照极耳1与多孔锂箔之间的连接，将微孔隔膜10作为电池隔膜，并按照负极极片11/微孔隔膜10/正极极片13的顺序排列通过叠片的方式制成极芯，其中，微孔隔膜10在膜面的投影上完全覆盖住负极极片11，负极极片11在片面的投影上完全覆盖住正极极片13。

实施例2

将80重量份的锂粉、10重量份的导电炭黑、10重量份的pvdf充分分散于乙二醇二甲醚中搅拌得到浆料，将所得浆料均匀涂覆在多孔铝箔集流体的一个面上，经烘干、辊压制备成多孔碱金属材料3，

基于上述得到的多孔碱金属材料3制备微孔隔膜10及其所属电池，制备或装配工艺均同实施例1。

技术特征：

1.一种有助于预碱金属化的微孔隔膜，其特征在于：所述的微孔隔膜(10)包括隔膜本体(2)和多孔碱金属材料(3)，所述多孔碱金属材料(3)整体存在于所述隔膜本体(2)的内部。

2.如权利要求1所述的有助于预碱金属化的微孔隔膜，其特征在于：所述的多孔碱金属材料(3)为多孔的碱金属箔片或含碱金属的相关颗粒物材料被固定在多孔片状集流体上。

3.如权利要求1所述的有助于预碱金属化的微孔隔膜，其特征在于：所述的隔膜本体(2)的至少一个膜面上涂覆有涂层(4)，所述涂层(4)为陶瓷涂层、胶体涂层、离子导体涂层中的一种或几种的层叠复合。

4.如权利要求1所述的有助于预碱金属化的微孔隔膜，其特征在于：所述的微孔隔膜(10)中还包括极耳(1)，所述的极耳(1)与所述多孔碱金属材料(3)相连接，所述极耳(1)上远离所述多孔碱金属材料(3)的一端伸出至所述隔膜本体(2)的外部。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述的有助于预碱金属化的微孔隔膜的电池，其特征在于：所述电池包括所述的微孔隔膜(10)、负极极片(11)、正极极片(13)，所述的微孔隔膜(10)作为电池隔膜，并按照所述负极极片(11)/所述微孔隔膜(10)/所述正极极片(13)的顺序排列制成极芯。

6.如权利要求5所述的电池，其特征在于：所述电池还包括负极极耳(12)、正极极耳(14)，所述的负极极耳(12)焊接于所述负极极片(11)上，所述正极极耳(14)焊接于所述正极极片(13)上。

7.如权利要求5所述的电池，其特征在于：所述的微孔隔膜(10)在膜面的投影上完全覆盖住所述的负极极片(11)，所述负极极片(11)在片面的投影上完全覆盖住所述的正极极片(13)。

技术总结
本实用新型属于碱金属离子电池技术领域，特别涉及一种有助于预碱金属化的微孔隔膜及其所属的电池，微孔隔膜主要包括隔膜本体、多孔碱金属材料，多孔碱金属材料整体存在于隔膜本体的内部；该电池直接以上述微孔隔膜作为电池隔膜，还包括负极极片、负极极耳、正极极片、正极极耳，按照负极极片/微孔隔膜/正极极片的顺序排列设置后通过卷绕或叠片的方式制成极芯。

技术研发人员：李孟怀;冯凯;李立飞
受保护的技术使用者：天目湖先进储能技术研究院有限公司
技术研发日：2020.12.17
技术公布日：2021.08.10