隔膜及其制备方法、电池和用电装置与流程

本申请属于电池，尤其涉及隔膜及其制备方法、电池和用电装置。

背景技术：

1、锂硫电池因具有远超目前商用锂离子电池的理论质量能量密度和更低的度电成本受到了业界的广泛关注。然而，锂硫电池在循环过程中产生的多硫化锂会溶解于电解液中造成正极活性物质的流失，同时在浓度梯度作用下多硫化锂会发生“穿梭效应”来到负极侧，与金属锂负极发生化学反应破坏负极结构并引发电池失效，严重阻碍了锂硫电池的产业化进程。

2、申请内容

3、本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出隔膜及其制备方法、电池和用电装置。采用该隔膜有利于抑制多硫化锂的穿梭效应，改善电池的比容量和循环稳定性。

4、第一方面，本申请提供了一种隔膜，包括：基膜；以及非晶态金属氧化物薄膜，所述非晶态金属氧化物薄膜设在所述基膜的至少一侧的表面上，且具有多孔结构。

5、本申请第一方面的隔膜至少具有以下有益效果：通过在基膜表面形成非晶态金属氧化物薄膜，可以在不影响离子迁移的基础上抑制多硫化锂的穿梭效应，进而改善电池的比容量和循环稳定性。

6、根据本申请的一些实施例，所述非晶态金属氧化物薄膜包括非晶态氧化铝、非晶态二氧化铪、非晶态氧化钴、非晶态氧化铁、非晶态氧化钌、非晶态氧化钇、非晶态氧化钽中的至少之一；和/或，所述基膜为聚合物薄膜。由此可以有效抑制多硫化锂的穿梭效应。

7、根据本申请的一些实施例，所述非晶态金属氧化物薄膜包括至少一层非晶态金属氧化物层，每层所述非晶态金属氧化物层分别独立地包括至少一种非晶态金属氧化物。

8、根据本申请的一些实施例，所述非晶态金属氧化物薄膜的厚度为100nm～5μm。由此可以明显改善多硫化锂的穿梭效应，兼顾电池的比容量和循环性能。

9、根据本申请的一些实施例，所述非晶态金属氧化物薄膜设在所述基膜的一侧。由此既能改善多硫化锂穿梭效应，还能简化制备工艺、降低隔膜厚度和成本。

10、根据本申请的一些实施例，所述隔膜在常温下的离子电导率不小于2×10-3s/cm-1。

11、根据本申请的一些实施例，所述非晶态金属氧化物薄膜采用磁控溅射法形成。由此更有利于在基膜表面得到非晶态金属氧化物薄膜，并维持基膜的多孔结构。

12、第二方面，本申请提供了一种制备隔膜的方法，包括：对靶材进行磁控溅射，并控制磁控溅射的功率不大于90w，以便在基膜的至少一侧的表面上沉积非晶态金属氧化物薄膜，得到隔膜，其中：所述磁控溅射以金属氧化物为靶材，在真空条件下进行；或者，所述磁控溅射以金属为靶材，在惰性气体和氧气的混合气氛下进行。

13、本申请第二方面的制备隔膜的方法至少具有以下有益效果：通过控制磁控溅射在低功率下进行，可以促进非晶态金属氧化物薄膜的形成，并在基膜表面形成多孔结构，从而既能够实现离子的迁移，还能抑制多硫化锂的穿梭效应，进而改善电池的比容量和循环稳定性。

14、根据本申请的一些实施例，通过控制磁控溅射的时间调节所述非晶态金属氧化物薄膜的厚度。由此可以灵活控制非晶态金属氧化物薄膜的厚度。

15、根据本申请的一些实施例，所述靶材包括至少一个金属氧化物靶材，每个所述金属氧化物靶材分别独立地包括至少一种金属氧化物；或者，所述靶材包括至少一个金属靶材，每个所述金属靶材分别独立地包括至少一种金属。

16、根据本申请的一些实施例，所述磁控溅射采用直流稳压电源，所述电源的功率为30w～90w。由此既有利于磁控溅射的实施，还能得到非晶态金属氧化物薄膜结构，并使得到的隔膜具有多孔结构。

17、根据本申请的一些实施例，所述磁控溅射的时间不大于30min。

18、根据本申请的一些实施例，所述磁控溅射以金属氧化物为靶材，所述真空条件的真空度为2pa～10pa。

19、第三方面，本申请提供了一种电池，该电池包括：正极极片；负极极片；以及本申请第一方面的隔膜，或者，采用本申请第二方面的方法制得的隔膜，所述正极极片和所述负极极片之间设有所述隔膜，且所述隔膜朝向所述正极极片的一侧具有非晶态金属氧化物薄膜。该电池具有本申请第一方面的隔膜或采用本申请第二方面的方法制得的隔膜的所有特征和效果，此处不再赘述。总的来说，该电池的比容量和循环稳定性较好。

20、根据本申请的一些实施例，所述电池包括锂硫电池。

21、第四方面，本申请提供了一种用电装置，该用电装置包括本申请第三方面的电池。该用电装置具有本申请第三方面的电池的所有特征和效果，此处不再赘述。总的来说，该用电装置具有较好的循环性能和较长的使用寿命。

22、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。

技术实现思路

技术特征：

1.一种隔膜，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的隔膜，其特征在于，所述非晶态金属氧化物薄膜包括非晶态氧化铝、非晶态二氧化铪、非晶态氧化钴、非晶态氧化铁、非晶态氧化钌、非晶态氧化钇、非晶态氧化钽中的至少之一；和/或，所述基膜为聚合物薄膜。

3.根据权利要求1或2所述的隔膜，其特征在于，所述非晶态金属氧化物薄膜包括至少一层非晶态金属氧化物层，每层所述非晶态金属氧化物层分别独立地包括至少一种非晶态金属氧化物。

4.根据权利要求1或2所述的隔膜，其特征在于，所述非晶态金属氧化物薄膜的厚度为100nm～5μm。

5.根据权利要求1或2所述的隔膜，其特征在于，所述非晶态金属氧化物薄膜设在所述基膜的一侧。

6.根据权利要求1或2所述的隔膜，其特征在于，所述隔膜在常温下的离子电导率不小于2×10-3s/cm-1。

7.根据权利要求1或2所述的隔膜，其特征在于，所述非晶态金属氧化物薄膜采用磁控溅射法形成。

8.一种制备隔膜的方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过控制磁控溅射的时间调节所述非晶态金属氧化物薄膜的厚度。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述靶材包括至少一个金属氧化物靶材，每个所述金属氧化物靶材分别独立地包括至少一种金属氧化物；或者，

11.根据权利要求8～9中任一项所述的方法，其特征在于，所述磁控溅射满足以下条件中的至少之一：

12.一种电池，其特征在于，包括：

13.根据权利要求12所述的电池，其特征在于，所述电池包括锂硫电池。

14.一种用电装置，其特征在于，包括权利要求12或13所述的电池。

技术总结
本申请公开了隔膜及其制备方法、电池和用电装置，属于电池技术领域。所述隔膜包括：基膜；以及非晶态金属氧化物薄膜，所述非晶态金属氧化物薄膜设在所述基膜的至少一侧的表面上，且具有多孔结构。通过在基膜表面形成非晶态金属氧化物薄膜，可以在不影响离子迁移的基础上抑制多硫化锂的穿梭效应，进而改善电池的比容量和循环稳定性。

技术研发人员：宋尧琛,刘道坦
受保护的技术使用者：阳光电源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8