本發(fā)明屬于鋰離子電池儲能，具體涉及一種用于改善電池循環(huán)性能的功能化涂料、制備方法及應用。

背景技術(shù)：

1、隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，化石能源持續(xù)消耗所帶來的環(huán)境問題與能源危機日益突出，迫切需要開發(fā)具有能量密度大、安全且高效的新型儲能器件。鋰離子電池因其高能量密度、輸出功率大等特點被廣泛應用于便攜式電子設(shè)備及電動汽車領(lǐng)域。

2、鋰金屬以其優(yōu)越的比容量和最低的電極電位標準，被譽為各種負極材料中的“圣杯”。然而，鋰金屬電池存在著由于鋰枝晶生長不可控導致的嚴重安全隱患以及鋰金屬高的化學反應活性導致的低庫侖效率等嚴重問題。

3、鋰枝晶的形成主要是由不均勻的鋰成核和生長引起的。電極表面不均勻、鋰離子濃度梯度大、表面電子電導率不均勻等多種因素都可能會干擾鋰離子的均勻沉積，導致鋰枝晶的形成。此外，固體電解質(zhì)界面層是另一個不可忽略的因素。如果固體電解質(zhì)界面層的柔韌性不夠，將會無法阻止枝晶滲透，枝晶滲透會產(chǎn)生裂紋，使鋰金屬在電解液中不斷發(fā)生反應，導致新的電解質(zhì)界面層不斷形成，使得庫倫效率大幅下降。

4、在反復鍍鋰、剝離鋰的過程中，鋰枝晶生長不可控，界面不穩(wěn)定等問題不可避免地影響鋰金屬電池的應用，使鋰金屬負極的商業(yè)化受到了一定程度的限制。因此，在鋰離子沉積過程中通過一定途徑誘導鋰離子使其均勻沉積至關(guān)重要。

5、meng,j.-k等人通過設(shè)計帶有極性基團的碳布誘導鋰離子的均勻沉積(meng,j.-k.et?al.cotton-derived?carbon?cloth?enabling?dendrite-free?li?deposition?forlithium?metal?batteries.journal?of?power?sources?465,doi:10.1016/j.jpowsour.2020.228291(2020)，但是該方法操作較為繁瑣，不適合大規(guī)模生產(chǎn)應用，并且從碳布的機械性能較差，使得該方法的應用也存在一定的局限性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于改善電池循環(huán)性能的功能化涂料、制備方法及應用，將聚氧化乙烯、細菌纖維素與去離子水混合，形成聚氧化乙烯與細菌纖維素的功能化涂料，將該功能化涂料涂敷在銅箔上面并烘干，制得含有大量極性基團的功能化涂層，該功能化涂層可以有效促進鋰離子的均勻沉積，并有效抑制枝晶的生長，從而起到延長鋰金屬電池使用壽命的作用；此外，該功能化涂層還具有許多其他優(yōu)點，如質(zhì)量輕薄、良好的機械性能、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性；并且，該功能化涂層的制備方法過程簡便快捷，成本低廉，有著大規(guī)模生產(chǎn)的廣闊前景，并且該涂料采用納米級纖維素具有相互交織形成的超精細網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而賦予了該涂層優(yōu)異的機械性能和抗拉伸能力。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

3、一種用于改善電池循環(huán)性能的功能化涂料，包括聚氧化乙烯、細菌纖維素和去離子水；按照質(zhì)量比計，聚氧化乙烯：細菌纖維素：去離子水＝(0.5-10)：(5-60)：(80-120)。

4、進一步，一種用于改善電池循環(huán)性能的功能化涂料，包括聚氧化乙烯、細菌纖維素和去離子水；按照質(zhì)量比計，聚氧化乙烯：細菌纖維素：去離子水＝(3-4)：(15-20)：(100-110)。

5、一種用于改善電池循環(huán)性能的功能化涂料的制備方法，包括以下步驟：

6、步驟1，對聚氧化乙烯進行烘干處理；

7、步驟2，將步驟1烘干處理后的聚氧化乙烯與細菌纖維素加入至去離子水中，并進行攪拌，使溶液混合均勻，得到聚氧化乙烯與細菌纖維素的功能化涂料；

8、所述步驟1具體為：

9、對聚氧化乙烯使用真空烘箱進行烘干處理，真空烘箱溫度設(shè)置為60℃-65℃，烘干時間為18-26小時。

10、所述步驟2中，按照質(zhì)量比計，聚氧化乙烯：細菌纖維素：去離子水＝(0.5-10)：(5-60)：(80-120)或(3-4)：(15-20)：(100-110)。

11、所述步驟2中，采用磁力攪拌器進行攪拌，磁力攪拌速率為300-600rpm，攪拌時間為18-30小時。

12、一種用于改善電池循環(huán)性能的功能化涂料的應用，在干燥的氣氛下，將步驟2得到的聚氧化乙烯與細菌纖維素的功能化涂料置于銅箔上面，并用刮刀使其涂敷均勻，形成功能化涂層；將涂敷有功能化涂層的銅箔依次置于鼓風烘箱和真空烘箱中進行烘干處理，得到涂敷有聚氧化乙烯和細菌纖維素功能化涂層的電極。

13、一種用于改善電池循環(huán)性能的功能化涂料的應用，在干燥的氣氛下，將步驟2得到的聚氧化乙烯與細菌纖維素的功能化涂料置于銅箔上面，并用刮刀使其涂敷均勻，其中，刮刀的厚度為50-400μm，形成功能化涂層；將涂敷有功能化涂層的銅箔置于鼓風烘箱中以60-80℃的溫度干燥10-30分鐘取出，并轉(zhuǎn)移至真空烘箱中繼續(xù)以60-80℃的溫度烘干18-26小時，得到涂敷有聚氧化乙烯和細菌纖維素功能化涂層的電極，所述功能化涂層的厚度為0.1-6μm。

14、一種電池，包括電極，所述電極為涂敷有上述所述聚氧化乙烯和細菌纖維素功能化涂層的電極或者上述所述方法制備的聚氧化乙烯和細菌纖維素功能化涂層的電極。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

16、1、本發(fā)明通過將制備的功能化涂料涂敷在銅箔上面并烘干，制得含有大量極性基團的功能化涂層，實現(xiàn)了鋰金屬電池穩(wěn)定循環(huán)穩(wěn)定性的提高。這種含有大量極性基團的功能化涂層可以有效促進鋰離子的均勻沉積，并有效抑制枝晶的生長，從而起到延長鋰金屬電池使用壽命的作用；此外，該功能化涂層還具有許多其他優(yōu)點，如質(zhì)量輕薄、良好的機械性能、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性；該制備方法采用一體化制備流程，直接將該功能化中涂層涂敷在銅箔表面，增加了該功能化涂層與銅箔的結(jié)合度，省去了功能化涂層貼合集流體的步驟，方便大規(guī)模制作軟包電池、紐扣電池等儲能單體，制備工藝方便快捷且成本低廉；與現(xiàn)有的商業(yè)化用于改善電池循環(huán)性能的各種方法相比，該制備方法成本大幅降低，適合大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)，應用前景廣闊，有助于實現(xiàn)鋰金屬電池向著更長的循環(huán)壽命，更高的庫倫效率突破。

17、2、本發(fā)明采用的聚氧化乙烯是一種聚醚類化合物，它的環(huán)氧乙烷單元中的醚氧基團可以作為有效的親鋰位點，對鋰離子的均勻成核和生長起到引導性的作用。

18、3、本發(fā)明采用的細菌纖維素是一種由菌群產(chǎn)生的帶有納米原纖維的無支鏈聚合物，由β-糖苷連接葡萄糖單元組成。這種材料纖維直徑能達到納米級別，同時具有十分優(yōu)秀的機械性能且與聚氧化乙烯具有良好的相容性，同時還具有純凈度高、無毒環(huán)境友好、可降解、親水性好等一系列優(yōu)點，并被廣泛應用到食品添加劑、聲音器材、紡織工業(yè)、吸附材料、燃料電池等領(lǐng)域。因此將聚氧化乙烯和細菌纖維素混合可以使聚氧化乙烯的機械強度得到提高，并通過其水溶液共混的方式可以實現(xiàn)超薄厚度。

19、4、本發(fā)明磁力攪拌的方法攪拌速度靈活、效率高，通過磁子與底盤的吸引作用帶動磁子轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對聚氧化乙烯與細菌纖維素的攪拌作用，避免了傳統(tǒng)攪拌方法可能引入雜質(zhì)的影響，使溶液混合更加均勻、高效、混合過程更加干凈無污染。

20、5、本發(fā)明采用鼓風烘箱進行烘干，其高溫環(huán)境可以加快去離子水的揮發(fā)，以及采用真空烘箱聯(lián)合烘干，其高溫真空環(huán)境可以使其在隔絕外界空氣的條件下進一步烘干，整個烘干過程快速安全，避免了空氣中的水分、氧氣等對該功能化涂層的制備產(chǎn)生影響。

21、6、本發(fā)明通過采用不同厚度的刮刀，實現(xiàn)了對該功能化涂層不同厚度的靈活控制。

22、綜上所述，本發(fā)明方法工藝簡單，成本低廉，實現(xiàn)了提高鋰金屬電池的循環(huán)壽命與安全性的目的。