本发明涉及电池隔膜，更具体的涉及一种表面改性氧化铝隔膜及其制备方法与应用。
背景技术：
1、随着便携式电子设备和电动汽车的发展，储能设备的需求迅速增长。锂金属因其高理论容量(3860mah·g-1)、低氧化还原电势(-3.04v，相对于标准氢电极)和低密度(0.534g·cm-3)的特征，被视为理想的电池负极材料。然而，锂枝晶的生长和循环过程中电解液的消耗，严重影响了锂金属电池的容量和寿命。锂金属在电池循环中与电解液反应生成固体电解质界面(sei)膜，这层膜能够部分保护锂金属，但因锂负极体积变化导致sei膜反复破裂和再生，消耗锂和电解液，导致库伦效率下降，并加速锂枝晶的生长。
2、目前，设计功能性隔膜以解决上述界面问题，是一种有助于控制成本且易于融入现有商业生产线的高效便捷方案。较为常见的改性方法是通过在聚乙烯隔膜表面涂覆氧化铝颗粒来增强隔膜的机械强度。然而，这种改性方法往往因为氧化铝颗粒无法有效诱导锂金属阳极形成坚固的sei，导致锂金属电池的放电能力不足，从而进一步缩短了电池的使用寿命。
技术实现思路
1、本发明提供一种表面改性氧化铝隔膜及其制备方法与应用，用以解决现有技术中锂金属电池中sei不够坚固导致电池放电能力弱、使用寿命短的问题。
2、第一方面，本发明提供了一种表面改性氧化铝隔膜，包括氧化铝隔膜以及复合于所述氧化铝隔膜表面的磺酸基团。
3、作为一种可能的实现方式，所述磺酸基团通过与氧化铝之间的离子键合作用接枝于所述氧化铝隔膜表面。
4、第二方面，本发明提供了一种第一方面任一种可能的实现方式所述的表面改性氧化铝隔膜的制备方法，包括以下步骤：将所述氧化铝隔膜浸泡在磺酸溶液中，得到粗产物；其中，所述磺酸溶液的溶剂为极性有机溶剂；对所述粗产物依次进行洗涤、烘干操作，得到所述表面改性氧化铝隔膜。磺酸溶液中的磺酸根与氧化铝发生离子型键合反应，最终实现磺酸根分子成功接枝在氧化铝表面。烘干后的隔膜应以平整无卷曲为宜。
5、作为一种可能的实现方式，所述浸泡的条件为：温度25～30℃、时长大于12h；和/或，所述洗涤包括：用去离子水清洗若干次后用甲醇淋洗；和/或，所述烘干的条件为：于50℃下干燥。
6、磺酸溶液的溶剂以能溶解磺酸分子的极性较强的溶剂为宜，且不能与氧化铝隔膜发生副反应。磺酸溶液的浓度应为能使磺酸分子刚好完全能接枝的浓度即可，浓度过高可能导致氧化铝隔膜表面吸附过多额外的磺酸分子，增加后续清洗难度，浓度过低则可能导致氧化铝隔膜表面接枝不充分。可以根据氧化铝隔膜的实际情况确定合适的磺酸溶液的浓度，本发明不做具体限定。示例性地，所述磺酸为1,2-乙二磺酸；所述极性有机溶剂为甲醇；所述磺酸溶液的浓度为5mg/ml。
7、作为一种可能的实现方式，所述氧化铝隔膜由α型氧化铝和聚乙烯共同组成，且具有单面氧化铝涂层。
8、第三方面，本发明提供了一种第一方面任一种可能的实现方式所述的表面改性氧化铝隔膜或第二方面任一种可能的实现方式所述的制备方法制备得到的表面改性氧化铝隔膜在锂金属电池中的应用。
9、第四方面，本发明提供了一种锂金属电池，其隔膜为第一方面任一种可能的实现方式所述的表面改性氧化铝隔膜或第二方面任一种可能的实现方式所述的制备方法制备得到的表面改性氧化铝隔膜。
10、作为一种可能的实现方式，其电解液包括组分硝酸盐。
11、本发明提出一种表面改性氧化铝隔膜，通过磺酸类分子与隔膜表面金属氧化物颗粒的离子键合作用，将磺酸分子层接枝在氧化物表面，使表面具有高极性。磺酸基团的高偶极矩促进n-o键的断裂，催化分解电解液中的硝酸锂，生成富含li3n纳米晶的稳定sei膜；该sei膜显著提高界面离子电导率，并有效抑制锂枝晶的生长，从而实现锂金属电池的长寿命循环。
12、本发明提供的一种表面改性氧化铝隔膜的制备方法，其原料获得成本低，制备过程简单高效。
13、本发明提供的一种表面改性氧化铝隔膜在应用于锂金属电池的中时，一方面，在均匀的磺酸盐分子层影响下，锂金属电池中锂沉积形态为球形，无枝晶形态锂金属生成；另一方面，当碰到添加含n-o键的盐的电解液时，由于磺酸根对n-o具有催化作用，有效提高其分解效率与深度，能够在锂金属阳极界面快速产生大量氮化锂纳米晶以保护界面，最终实现磺酸类分子层催化电解液中含有n-o的盐，形成富含li3n的稳定sei膜，在高导锂、高稳定的li3n纳米晶的影响下可以实现锂离子的均匀快速沉积。实验结果表明相较于普通隔膜，本发明的隔膜能够有效提升锂金属电池的深度充放电能力，且能够延长电池循环寿命。
1.一种表面改性氧化铝隔膜，其特征在于，包括氧化铝隔膜以及复合于所述氧化铝隔膜表面的磺酸基团。
2.根据权利要求1所述的表面改性氧化铝隔膜，其特征在于，所述磺酸基团通过与氧化铝之间的离子键合作用接枝于所述氧化铝隔膜表面。
3.一种权利要求1～2任一项所述的表面改性氧化铝隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡的条件为：温度25～30℃、时长大于12h；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述磺酸为1,2-乙二磺酸；
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氧化铝隔膜由α型氧化铝和聚乙烯共同组成，且具有单面氧化铝涂层。
7.权利要求1～2任一项所述的表面改性氧化铝隔膜或权利要求3～6任一项所述的制备方法制备得到的表面改性氧化铝隔膜在锂金属电池中的应用。
8.一种锂金属电池，其特征在于，其隔膜为权利要求1～2任一项所述的表面改性氧化铝隔膜或权利要求3～6任一项所述的制备方法制备得到的表面改性氧化铝隔膜。
9.根据权利要求8所述的锂金属电池，其特征在于，其电解液包括组分硝酸盐。
