一种锌离子电池用隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于锌离子电池技术领域，尤其涉及一种锌离子电池用隔膜，包括隔膜基体和设置于隔膜基体的至少一个表面的涂敷层，所述隔膜基体为吸附式玻璃纤维毡型隔膜，所述涂敷层为氧化物层。相对于现有技术，本发明专利技术的隔膜具有高安全性、耐穿刺、高保液和高孔隙率的优点。此外，本发明专利技术还公开了一种该隔膜的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种锌离子电池用隔膜及其制备方法
本专利技术属于锌离子电池
，尤其涉及一种锌离子电池用隔膜及其制备方法。
技术介绍
在传统的电池体系中，一次电池易造成资源浪费,铅酸蓄电池易导致区域性铅污染，资源的短缺和环保的迫切需求,促使人们大力发展绿色环保的高比能量新型电池体系。在二次电池中,可充电锌离子水系电池因其锌离子带有二价电荷，可以为电池提供更高的存储容量，而且还具有大功率，高安全性，原料资源丰富，无环境污染等优点，被认为是一种理想的新型绿色电池体系，在储能领域具有优异的应用价值和发展前景。中国专利(CN101540417)专利技术了一种锌离子电池，它以二氧化锰为正极活性材料，以锌为负极，以含有锌离子的水溶液为电解液，组成可充电锌离子电池。这种可充电锌离子电池可使用数百次，同时具有高功率密度和高能量密度。然而，这种可充电锌离子电池，一方面，随着电化学过程的进行，电解液中的水慢慢被分解成氢气和氧气挥发掉，电解液的量慢慢减少，使电池性能下降。另一方面，电池在循环过程中容易形成锌枝晶和碱式硫酸锌沉淀(Zn4SO4(OH)6·5H2O)等副产物。坚硬的锌枝晶会大大增加电池短路的风险，而非活性的碱式硫酸锌沉淀会沉积于隔膜上。随着副产物的不断沉积，隔膜体积的不断膨胀，也进一步增加电池短路的风险；此外，隔膜的孔隙率显著减少，电化学反应中物质传输受阻，反应速率减慢，从而使二次锌离子电池的容量下降，循环性能变差。隔膜作为锌离子电池中关键的组件之一，其对电池的容量、循环性能、充放电电流密度等关键特性有直接的影响，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能有重要的作用。目前，市场上的隔膜安全性不高，耐刺强度、保液性等性能不佳，不能显著改善锌离子电池的物理指标和电化学性能。有鉴于此，本专利技术旨在提供一种锌离子电池用隔膜及其制备方法，该隔膜具有高安全性、耐穿刺、高保液和高孔隙率的优点。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种锌离子电池用隔膜及其制备方法，该隔膜具有高安全性、耐穿刺、高保液和高孔隙率的优点。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种锌离子电池用隔膜，包括隔膜基体和设置于隔膜基体的至少一个表面的涂敷层，所述隔膜基体为吸附式玻璃纤维毡型隔膜，所述涂敷层为氧化物层。作为本专利技术锌离子电池用隔膜的一种改进，氧化物层的厚度为1～5μm，所述隔膜基体的厚度为0.3～0.8毫米，涂覆氧化物层后隔膜基体增重10％～40％。作为本专利技术锌离子电池用隔膜的一种改进，所述氧化物层中的氧化物颗粒的粒径为200～1000nm。作为本专利技术锌离子电池用隔膜的一种改进，所述氧化物层中的氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅和氧化钙中的至少一种。本专利技术还提供了一种锌离子电池用隔膜的制备方法，至少包括如下步骤：第一步：氧化物浆料的配制，将3％～25％氧化物、2％～6％粘接剂、0.5％～1％表面活性剂、0.5％～0.8％增稠剂、0.2％～0.6％分散剂、0.8％～3％消泡剂和60％～90％溶剂加入高速分散设备罐中，边加边搅拌，得到均匀分散的氧化物浆料，储存备用；第二步，使用涂覆设备将配制好的氧化物浆料均匀涂覆在隔膜基体的至少一个表面上，形成涂覆层，烘干，即制得锌离子电池用隔膜。作为本专利技术制备方法的一种改进，所述粘结剂为丁苯橡胶乳液、LA132和LA133中的至少一种；所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯中的至少一种；所述增稠剂为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、明胶和黄原胶中的至少一种；所述分散剂为BYK-W980、BYK-W965、BYK-W990、BYK-W995、TH-904中的至少一种；所述消泡剂为酒精、聚氧丙烯、聚氧乙烯中的至少一种；所述溶剂为去离子水。作为本专利技术制备方法的一种改进，所述氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅和氧化钙中的至少一种。作为本专利技术制备方法的一种改进，第一步搅拌的过程中温度为30-50℃，搅拌速度为1000rpm～5000rpm。作为本专利技术制备方法的一种改进，第二步烘干的温度为在70～95℃。作为本专利技术制备方法的一种改进，所述涂覆设备为涂布机，涂覆速度为8-50m/min。与现有技术相比，本专利技术的优点至少包括：第一，本专利技术所用的吸附式玻璃纤维毡型隔膜(AGM隔膜)具有超细玻璃纤维微孔结构，能够大大提升隔膜的保液性、安全性和耐刺强度。与其他隔膜相比，AGM隔膜具有更好的亲水性，能够将水系电解液更好地吸收在隔膜中，减少电解液在电池装配过程中因挤压等带来的损失，从而显著提升了可充电水系锌离子电池的电化学性能。第二，本专利技术所用的涂覆层为纳米级颗粒，粒径小、比表面积大，涂覆过程浆料中的溶剂挥发后，在AGM隔膜的表面氧化物纳米级颗粒与颗粒之间形成有效的三维网状结构，一方面进一步提高了AGM隔膜的保液性和耐刺穿强度；另一方面也使电池在循环过程中形成的副产物在隔膜上的沉积大大减少，隔膜能够保持较好的孔隙结构，在充放电过程中为离子传输提供良好的通道，而且紧密但不致密的三维网状结构能有效防止锌枝晶等刺穿隔膜造成锌离子电池内部短路的问题，大大提高了锌离子电池的倍率性能和循环寿命。第三，本专利技术采用纳米级、窄分布的氧化物颗粒作为隔膜涂覆层，并用涂覆设备将氧化物层的厚度控制在适当范围内，能明显改善离子在隔膜中的传输能力和促进隔膜的电化学活性。涂覆层的厚度和氧化物粒径是影响涂覆隔膜性能的重要因素。当涂覆层的厚度和氧化物粒径超出适当范围，在充放电过程中，将大大阻碍离子传输，隔膜的界面阻抗明显增加，隔膜的电化学性能迅速下降。第四，本专利技术将隔膜基体厚度和涂覆氧化物层后隔膜基体增重控制在合适范围内，既提高了隔膜的保液率和耐穿刺强度，又保证隔膜具有较高的孔隙率和电池内阻；从电池产业化生产方面，隔膜的厚度和重量的合理把控，对提高电池的能量密度有重要的意义。第五，本专利技术采用适当的添加剂制备氧化物浆料。加入表面活性剂将显著降低溶液的表面张力，使氧化物更好地润湿于溶剂中；分散剂可以大大缩短氧化物在溶剂中分散所需要的时间和能量；粘接剂可以将氧化物更好地粘接在隔膜上，使其不易脱落；增稠剂使浆料具有一定粘度，氧化物颗粒在浆料中均匀分布不易沉降；而消泡剂可以明显消除搅拌过程中和表面活性剂产生的气泡，对氧化物涂覆隔膜的表面均一性有重要的作用。第六，本专利技术利用氧化物涂层和AGM隔膜的协同作用，能够显著改善可充电水系锌离子电池的电化学性能。本专利技术的锌离子电池用隔膜的制备方法简单、环保，生产可操作性强，产品均一性好，容易实现工业化放大生产。附图说明下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术及其有益技术效果进行详细说明。图1是用Ni-Zn隔膜作为锌离子电池隔膜在循环后的扫描电镜图片(对比例1)。图2为分别以本专利技术的隔膜(实施例1)和Ni-Zn隔膜(对比例1)作锌离子电池隔膜时电池的充放电性能比较图。具体实施方式以下以具体实施例来说明本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不限于此。实施例1本实施例提供了一种锌离子电池用隔膜，包括隔膜基体和设置于隔膜基体的两个表面的涂敷层，隔膜基体为吸附式玻璃纤维毡型隔膜(AGM隔膜)，涂敷层为氧化铝层。氧化铝浆料在AGM隔膜表面的单面涂覆厚度控制在4μm，AGM隔膜的厚度为0.5mm，氧化铝浆料涂覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锌离子电池用隔膜，包括隔膜基体和设置于隔膜基体的至少一个表面的涂敷层，其特征在于：所述隔膜基体为吸附式玻璃纤维毡型隔膜，所述涂敷层为氧化物层。

【技术特征摘要】
1.一种锌离子电池用隔膜，包括隔膜基体和设置于隔膜基体的至少一个表面的涂敷层，其特征在于：所述隔膜基体为吸附式玻璃纤维毡型隔膜，所述涂敷层为氧化物层。2.根据权利要求1所述的锌离子电池用隔膜，其特征在于，氧化物层的厚度为1～5μm，所述隔膜基体的厚度为0.3～0.8毫米，涂覆氧化物层后隔膜基体增重10％～40％。3.根据权利要求1所述的锌离子电池用隔膜，其特征在于，所述氧化物层中的氧化物颗粒的粒径为200～1000nm。4.根据权利要求1所述的锌离子电池用隔膜，其特征在于，所述氧化物层中的氧化物为氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅和氧化钙中的至少一种。5.一种权利要求1所述的锌离子电池用隔膜的制备方法，其特征在于，至少包括如下步骤：第一步：氧化物浆料的配制，将3％～25％氧化物、2％～6％粘接剂、0.5％～1％表面活性剂、0.5％～0.8％增稠剂、0.2％～0.6％分散剂、0.8％～3％消泡剂和60％～90％溶剂加入高速分散设备罐中，边加边搅拌，得到均匀分散的氧化物浆料，储存备用；第二步，使用涂覆设备将配制好的氧化物浆料均匀涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏春光，王静霞，梁燕，
申请(专利权)人：深圳市寒暑科技新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44