本發(fā)明涉及電池隔膜，具體涉及一種無孔隔膜及鋰電池。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源的逐步消耗，可利用的不可再生能源將越來越少，同時不可再生能源的不斷使用會給環(huán)境帶來挑戰(zhàn)。可持續(xù)發(fā)展的能源由于具有可持續(xù)使用、對環(huán)境友好、安全便捷等優(yōu)點，鋰電池在可持續(xù)能源中較受關(guān)注。

2、隨著鋰離子電池市場不斷擴大，對電池容量和能量密度的需求也在不斷提高。在這種情況下，鋰金屬負(fù)極因其理論容量高、氧化還原電位低而備受關(guān)注，但這種負(fù)極尚未得到實際應(yīng)用。因為在充電過程中，金屬表面會形成鋰枝晶，枝晶生長到一定程度后可能刺穿隔膜，導(dǎo)致熱失控及短路，降低電池安全性。鋰枝晶是沿著隔膜空隙生長，接觸正極便形成了鋰枝晶，因此去除隔膜孔隙可以阻止其生長，但會大大降低鋰離子滲透性，并影響充放電速率。

3、對于能量密度較高的鋰金屬電池來說，其隔膜設(shè)計既要能抑制鋰枝晶生長，又要保持離子導(dǎo)電性，同時具有較高的耐熱性和熱穩(wěn)定性。因此，現(xiàn)有的鋰電池隔膜仍需改進。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種無孔隔膜及鋰電池，該無孔隔膜可以提高鋰離子遷移數(shù)，抑制鋰枝晶生長，將其應(yīng)用在鋰電池上，可以提高鋰電池循環(huán)性能。

2、在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種無孔隔膜，該無孔隔膜包括：

3、基膜，

4、涂覆層，所述涂覆層形成于基膜上，所述涂覆層包括固含為5~15%的磺酸基聚酰胺溶液；

5、所述磺酸基聚酰胺溶液的制備方法包括：

6、（1）在惰性氣體保護下，將間位二胺與對位二胺溶解在有機溶劑中并攪拌，形成磺化二胺懸濁液，升溫至60~70℃，然后加入堿類，形成磺酸銨鹽二胺，然后降溫至-10~0℃，獲得溶清的磺酸銨鹽二胺溶液；

7、（2）在-10~15℃溫度下，將第一份酰氯與所述磺酸銨鹽二胺溶液混合進行反應(yīng)，得到預(yù)聚溶液；

8、（3）對所述預(yù)聚溶液進行過濾，然后再加入第二份酰氯，得到磺酸基聚酰胺溶液。

9、將固含為5~15%的磺酸基聚酰胺溶液涂覆在基膜上，磺酸基團是一種強酸性基團，具有高極性和高親水性，從而能夠使其與多種金屬離子形成穩(wěn)定的配合物或絡(luò)合物。磺酸基團中的氧原子含有孤對電子，這些孤對電子可以進入金屬離子的空軌道，從而形成配位鍵。這種配位作用增強了磺酸基團與金屬離子之間的結(jié)合力，當(dāng)將其引入聚酰胺單體聚合獲得芳綸材料后，再將其涂覆于鋰離子電池隔膜上，使其可以充當(dāng)離子躍遷位點，得到無孔隔膜，其可以提高離子電導(dǎo)率，極大提高鋰離子遷移數(shù)和其在電池中的傳輸效率，抑制鋰枝晶生長。

10、在制備磺酸基聚酰胺溶液過程中，先制備磺酸銨鹽二胺溶液，然后將第一份酰氯與所述磺酸銨鹽二胺溶液混合反應(yīng)，得到預(yù)聚溶液，然后對預(yù)聚溶液進行過濾，去除不溶于溶劑的鹽酸鹽。因過濾過程中存在物料損失，為保證后續(xù)投料量的準(zhǔn)確，需對過濾后的溶液重量進行稱量，按損失比例減少下步投料量。一方面，由于呋喃酰氯鍵位夾角為131°，不同于芳香族酰氯鍵位夾角180°或120°，會導(dǎo)致其與對位二胺或間位二胺在低溫單獨聚合時隨著鏈長的增加，空間位阻大幅度增加，使得生成的預(yù)聚體溶解度不理想或反應(yīng)活性降低，最終導(dǎo)致磺酸基聚酰胺溶液的聚合度不理想；另一方面，呋喃環(huán)的共軛效應(yīng)遠(yuǎn)小于芳香環(huán)，導(dǎo)致在鏈長增加后端基活性大幅度降低，影響進一步的縮聚。因此，呋喃二甲酰氯單獨與對位二胺或間位二胺聚合會出現(xiàn)聚合度低的現(xiàn)象，難以獲得所需分子量或粘度的聚酰胺溶液。本發(fā)明同時使用對位二胺和間位二胺參與聚合反應(yīng)，并控制兩者物質(zhì)的量比接近于1:1，使其與呋喃酰氯無規(guī)共聚，解決了空間位阻及端基活性的問題，大幅度增加了聚合度的上限。

11、另外，根據(jù)本發(fā)明提出的無孔隔膜還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

12、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟（1）中，所述對位二胺與所述間位二胺的物質(zhì)的量的比為1:(1.05~0.95)。

13、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟（1）中，所述有機溶劑的質(zhì)量與所述對位二胺和間位二胺的總質(zhì)量的比為(6~10):1。

14、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟（1）中，所述堿類的物質(zhì)的量與所述對位二胺和間位二胺的總物質(zhì)的量的比為(2~2.5):1。

15、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟（2）中，所述第一份酰氯的物質(zhì)的量與所述對位二胺和間位二胺的總物質(zhì)的量的比為(0.97~1.0):1。

16、在本發(fā)明的一些實施例中，所述第二份酰氯與所述第一份酰氯的物質(zhì)的量的比為(0.01~0.05):1。

17、在本發(fā)明的一些實施例中，所述惰性氣體為氮氣、氦氣和氬氣中的一種或多種；所述有機溶劑為甲苯、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺中的一種或多種；所述堿類為三乙胺、二甲基乙醇胺和三乙烯二胺中的一種或多種；所述酰氯包括2,5-呋喃二甲酰氯、間苯二甲酰氯和對苯二甲酰氯中的至少一種。

18、在本發(fā)明的一些實施例中，所述對位二胺為2,5-二氨基苯磺酸；所述間位二胺為2,4-二氨基苯磺酸。

19、在本發(fā)明的一些實施例中，在步驟（2）中，所述預(yù)聚溶液的粘度為80~120cp，所述反應(yīng)的時間為1~2.5h，反應(yīng)的溫度為0~18℃。

20、在本發(fā)明的一些實施例中，所述磺酸基聚酰胺溶液的粘度為200~5000cp。

21、在本發(fā)明的第二個方面，本發(fā)明提出了一種鋰離子電池，該鋰離子電池中的隔膜采用上述無孔隔膜，使得該鋰電池的循環(huán)性能得以提升。

22、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種無孔隔膜，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無孔隔膜，其特征在于，在步驟（1）中，所述對位二胺與所述間位二胺的物質(zhì)的量的比為1:(1.05~0.95)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無孔隔膜，其特征在于，在步驟（1）中，所述有機溶劑的質(zhì)量與所述對位二胺和間位二胺的總質(zhì)量的比為(6~10):1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無孔隔膜，其特征在于，在步驟（1）中，所述堿類的物質(zhì)的量與所述對位二胺和間位二胺的總物質(zhì)的量的比為(2~2.5):1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無孔隔膜，其特征在于，在步驟（2）中，所述第一份酰氯的物質(zhì)的量與所述對位二胺和間位二胺的總物質(zhì)的量的比為(0.97~1.0):1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無孔隔膜，其特征在于，所述第二份酰氯與所述第一份酰氯的物質(zhì)的量的比為(0.01~0.05):1。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無孔隔膜，其特征在于，所述惰性氣體為氮氣、氦氣和氬氣中的一種或多種；所述有機溶劑為甲苯、n,n-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮和n,n-二甲基甲酰胺中的一種或多種；所述堿類為三乙胺、二甲基乙醇胺和三乙烯二胺中的一種或多種；所述間位二胺為2,4-二氨基苯磺酸，所述對位二胺為2,5-二氨基苯磺酸；所述酰氯包括2,5-呋喃二甲酰氯、間苯二甲酰氯和對苯二甲酰氯中的至少一種。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無孔隔膜，其特征在于，在步驟（2）中，所述預(yù)聚溶液的粘度為80~120cp，所述反應(yīng)的時間為1~2.5h，反應(yīng)的溫度為0~18℃；

9.一種鋰電池，其特征在于，所述鋰電池包括權(quán)利要求1-8中任一項所述的無孔隔膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種無孔隔膜及鋰電池，該無孔隔膜包括：基膜，涂覆層，涂覆層形成于基膜上，涂覆層包括固含為5~15%的磺酸基聚酰胺溶液。磺酸基團是一種強酸性基團，具有高極性和高親水性，從而能夠使其與多種金屬離子形成穩(wěn)定的配合物或絡(luò)合物?；撬峄鶊F中的氧原子含有孤對電子，這些孤對電子可以進入金屬離子的空軌道，從而形成配位鍵。這種配位作用增強了磺酸基團與金屬離子之間的結(jié)合力，當(dāng)將其引入聚酰胺單體聚合獲得芳綸材料后，再將其涂覆于鋰離子電池隔膜上，使其可以充當(dāng)離子躍遷位點，得到無孔隔膜，其可以提高離子電導(dǎo)率，極大提高鋰離子遷移數(shù)和其在電池中的傳輸效率，抑制鋰枝晶生長。

技術(shù)研發(fā)人員：李友,葛磊,趙嘉
受保護的技術(shù)使用者：安徽利科新材料科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2