一种有机无机纳米复合材料电池隔膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种有机无机纳米复合材料电池隔膜的制备方法，首先将聚合物颗粒、无机物粉末和水在一定温度下不断搅拌直至聚合物完全溶解，并形成均匀的悬浊液；通过涂膜装置将所得悬浊液均匀涂覆于玻璃平板上，形成一定厚度的薄膜，并将其匀速浸入至非溶剂相液体中，静置3‑24小时；将薄膜从非溶剂相液体中取出并从玻璃平板上剥离，置于容器内并保持平整，然后于0℃至‑90℃保持0.2h‑24h，最终得到高孔隙率多孔有机无机纳米复合材料电池隔膜。此隔膜有着良好的耐高温性能，能够抑制锂金属电池在循环过程中的锂枝晶的生长，提高库伦效率，同时提高锂电池的电化学性能。

Preparation of an Organic-inorganic Nanocomposite Battery Separator

The invention discloses a preparation method of an organic-inorganic nanocomposite battery separator. First, polymer particles, inorganic powder and water are continuously stirred at a certain temperature until the polymer is completely dissolved, and a uniform suspension is formed. The obtained suspension is evenly coated on a glass plate through a coating device, forming a film of a certain thickness, and immersing it in a non-uniform speed. In solvent phase liquid, the film was placed for 3 The diaphragm has good high temperature resistance. It can inhibit the growth of lithium dendrite during the cycle of lithium-metal batteries, improve Coulomb efficiency, and improve the electrochemical performance of lithium-metal batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种有机无机纳米复合材料电池隔膜的制备方法
本专利技术涉及一种有机无机纳米复合材料电池隔膜的制备方法，属于新能源电池领域。
技术介绍
自从1991年锂电池首次商业化以来，锂电池在市场上取得了巨大的成功。然而，随着新能源汽车、储能设备等行业的发展，目前的锂电池的能量密度已经满足不了发展需求。相比较于常用的石墨负极，锂金属负极具有较大的优势例如，更高的容量、更低的电压、更低的密度。但是，锂金属电池的应用目前存在较大的瓶颈，例如，较低的库伦效率、锂枝晶的生长。所以如何克服这些缺点是目前急需的。目前为止，文献报道的能够解决低库伦效率和锂枝晶的生长有很多方法。例如，模板体系、人造固态电解质膜、复杂的制备加工过程、高昂的设备要求、高昂的原材料等等，这些缺点导致其很难产业化。因此如何开发出一种简单低成本易操作的方法来降低锂金属电池低库伦效率和枝晶生长是目前行业内的难题。
技术实现思路
针对上述现有技术所存在的问题，本专利技术提供了一种有机无机纳米复合材料电池隔膜的制备方法。本专利技术利用无机物在聚合物内部构建三维立体结构，得到纳米复合多孔电池隔膜。此隔膜有着良好的耐高温性能，能够抑制锂金属电池在循环过程中的锂枝晶的生长，提高库伦效率，同时提高锂电池的电化学性能。本专利技术有机无机纳米复合材料电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：步骤1：向反应器中加入聚合物颗粒、无机物粉末和水，在一定温度下不断搅拌直至聚合物完全溶解，并形成均匀的悬浊液，冷却至室温待用；步骤2：通过涂膜装置将步骤1所得悬浊液均匀涂覆于玻璃平板上，形成一定厚度的薄膜，并将其匀速浸入至非溶剂相液体中，静置3-24小时；步骤3：将薄膜从非溶剂相液体中取出并从玻璃平板上剥离，置于容器内并保持平整，然后于0℃至-90℃保持0.2h-24h，最终得到高孔隙率多孔有机无机纳米复合材料电池隔膜。步骤1中，所述聚合物颗粒为聚乙烯醇(分子量范围3×104-2×105)、水性聚氨酯(分子量范围5×104-5×105)、海藻酸钠(分子量范围2×105-6×106)或聚丙烯酸钠(分子量范围3×106-7×106)。步骤1中，所述无机物粉末为羟基磷灰石、凹凸棒、二氧化钛、层状双氢氧化物、二氧化硅、氧化铝、氧化镁或氧化钙；无机物粉末的形态包括棒、片、颗粒或球。步骤1中，无机物粉末与聚合物颗粒的质量比为1-50:100；无机物粉末与聚合物颗粒的质量之和与水的质量比为2-20:100。步骤1中，所述一定温度为0-200℃。步骤2中，薄膜的厚度通过涂膜装置来调控，厚度是5μm-700μm。步骤2中，所述非溶剂相液体为甲醇或乙醇。步骤3中，薄膜于0℃至-90℃保持0.2h-24h的过程中，降低容器内部压强至0.1Pa-105Pa。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术方法操作简单、设备要求低、成本低廉，有能够产业化的可能性。2、本专利技术方法绿色环保，所使用的材料可以生物可降解，且对环境无害。3、本专利技术方法所得隔膜有着良好的热稳定性，同时提高锂金属电池的充放电性能、库伦效率以及抑制锂枝晶生长，提升了锂电池安全性。附图说明图1为实施例1中所使用的羟基磷灰石杆透射电镜图。图2为实施例1中制备的1wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜照片。图3为实施例1中制备的1wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜断面的扫描图片。图4为实施例2中制备的5wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜断面的扫描图片。图5为实施例3中制备的10wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜断面的扫描图片。图6为实施例4中制备的20wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜断面的扫描图片。图7为实施例10中LiFePO4|20wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜|Li锂金属电池的充放电性能图。图8为实施例10中Cu|20wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜|Li锂金属电池的库伦效率图。图9为实施例10中Cu|20wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜|Li与对照组商业化隔膜Celgard2325应用在Cu|Celgard2325|Li在经历100循环之后Cu电极表面的扫描电镜图。具体实施方式以下结合附图和具体的实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述。实施例1：1、在装有磁子的单口烧瓶中加入9.9g聚乙烯醇颗粒和0.1g羟基磷灰石杆粉末和90g水，在90℃温度下不断磁力搅拌直至聚乙烯醇完全溶解，并形成均匀悬浊液，冷却至室温待用；2、通过涂膜装置将步骤1得到的悬浊液涂覆于玻璃平板上，在玻璃平板上形成厚度为200μm的薄膜，并将其匀速浸入无水乙醇中，静置12小时；3、将薄膜从乙醇相中取出并从玻璃平板上剥离，置于-60℃的容器内，保持平整，并降低内部压强为1Pa保持3h，最终得到高孔隙率多孔无机聚合物复合材料隔膜。图1为实施例1中所使用的羟基磷灰石杆透射电镜图。在图1中可以看出，羟基磷灰石杆尺寸大约长200nm，直径约30nm。图2为实施例1中制备的1wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜照片。从图2中可以看出，制备的隔膜可以高度卷绕，具有良好的柔性，具有可加工性。图3为实施例1中制备的1wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜断面的扫描图片。可以看出，断面均匀密布较大孔径的孔洞约为1μm，有利于锂离子传输和吸液性。实施例2：1、在装有磁子的单口烧瓶中加入9.5g聚乙烯醇颗粒和0.5g羟基磷灰石杆粉末和90g水，在90℃温度下不断磁力搅拌直至聚乙烯醇完全溶解，并形成均匀悬浊液，冷却至室温待用；2、通过涂膜装置将步骤1得到的悬浊液涂覆于玻璃平板上，在玻璃平板上形成厚度为400μm的薄膜，并将其匀速浸入至无水乙醇中，静置12小时；3、将薄膜从乙醇相中取出并从玻璃平板上剥离，置于-60℃的容器内，保持平整，并降低内部压强为1Pa保持6h，最终得到高孔隙率多孔无机聚合物复合材料隔膜。图4为实施例2中制备的5wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜断面的扫描图片。可以看出，断面均匀密布更大孔径的孔洞约为1.3μm，有利于锂离子传输和吸液性。实施例3：1、在装有磁子的单口烧瓶中加入9g聚乙烯醇颗粒和1g羟基磷灰石杆粉末和90g水，在90℃温度下不断磁力搅拌直至聚乙烯醇完全溶解，并形成均匀悬浊液，冷却至室温待用；2、通过涂膜装置将步骤1得到的悬浊液涂覆于玻璃平板上，在玻璃平板上形成厚度为400μm的薄膜，并将其匀速浸入至无水乙醇中，静置12小时；3、将薄膜从乙醇相中取出并从玻璃平板上剥离，置于-60℃的容器内，保持平整，并降低内部压强为1Pa保持6h，最终得到高孔隙率多孔无机聚合物复合材料隔膜。图5为实施例3中制备的10wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜断面的扫描图片。可以看出，断面均匀密布更大孔径的孔洞约为2μm，更加有利于锂离子传输和吸液性。实施例4：1、在装有磁子的单口烧瓶中加入8g聚乙烯醇颗粒和2g羟基磷灰石杆粉末和90g水，在90℃温度下不断磁力搅拌直至聚乙烯醇完全溶解，并形成均匀悬浊液，冷却至室温待用；2、通过涂膜装置将步骤1得到的悬浊液涂覆于玻璃平板上，在玻璃平板上形成厚度为400μm的薄膜，并将其匀速浸入至无水乙醇中，静置12小时；3、将薄膜从乙醇相中取出并从玻璃平板上剥离，置于-60℃的容器内，保持平整，并降低内部压强为1Pa保持6h，最终得到高孔隙率多孔无机聚合物复合材料隔膜。图6为实施例4中制备的20wt％羟基磷灰石/聚乙烯醇隔膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机无机纳米复合材料电池隔膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：向反应器中加入聚合物颗粒、无机物粉末和水，在一定温度下不断搅拌直至聚合物完全溶解，并形成均匀的悬浊液，冷却至室温待用；步骤2：通过涂膜装置将步骤1所得悬浊液均匀涂覆于玻璃平板上，形成一定厚度的薄膜，并将其匀速浸入至非溶剂相液体中，静置3‑24小时；步骤3：将薄膜从非溶剂相液体中取出并从玻璃平板上剥离，置于容器内并保持平整，然后于0℃至‑90℃保持0.2h‑24h，最终得到高孔隙率多孔有机无机纳米复合材料电池隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种有机无机纳米复合材料电池隔膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：向反应器中加入聚合物颗粒、无机物粉末和水，在一定温度下不断搅拌直至聚合物完全溶解，并形成均匀的悬浊液，冷却至室温待用；步骤2：通过涂膜装置将步骤1所得悬浊液均匀涂覆于玻璃平板上，形成一定厚度的薄膜，并将其匀速浸入至非溶剂相液体中，静置3-24小时；步骤3：将薄膜从非溶剂相液体中取出并从玻璃平板上剥离，置于容器内并保持平整，然后于0℃至-90℃保持0.2h-24h，最终得到高孔隙率多孔有机无机纳米复合材料电池隔膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述聚合物颗粒为聚乙烯醇、水性聚氨酯、海藻酸钠或聚丙烯酸钠。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述无机物粉末为羟基磷灰石、凹凸棒、...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡源，王伟，阚永春，宋磊，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34