阻燃型锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂电池隔膜技术领域，具体涉及一种阻燃型锂离子电池隔膜及其制备方法。本阻燃型锂离子电池隔膜包括以下原料：聚烯烃和水滑石类插层材料；其中所述水滑石类插层材料的质量份数为1‑20%。在阻燃过程中，水滑石类插层材料吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温，其显著的阻燃效果和特殊的理化性能，可以在较少添加量下达到高的阻燃效率，从而实现锂电池隔膜的真正高效阻燃。

Flame retardant lithium ion battery separator and its preparation

【技术实现步骤摘要】
阻燃型锂离子电池隔膜及其制备方法
本专利技术属于锂电池隔膜
，具体涉及一种阻燃型锂离子电池隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂电池包括正极、负极、隔膜及电解液等四大材料。锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜主要是以聚乙烯、聚丙烯为主的聚烯烃隔膜。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。随着电池能量密度的不断提升，对电池隔膜厚度及强度的要求越来越高，超薄的隔膜材料在受到电池工作产生的高温环境时，因为隔膜材料本身不耐高温而导致隔膜容易燃烧，造成正负极短路可能产生的爆炸等安全事故。因此，开发超薄、阻燃性能强的隔膜材料，是锂电池隔膜材料技术发展的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种阻燃型锂离子电池隔膜及其制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种阻燃型锂离子电池隔膜，包括以下原料：聚烯烃和水滑石类插层材料；其中所述水滑石类插层材料的质量份数为1-20％。进一步，所述水滑石类插层材料包含：二价金属化合物和三价金属化合物；其中三价金属化合物占总金属化合物的摩尔比为20-30％。进一步，所述二价金属化合物中的二价金属离子M2+包括Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Ca2+、Mn2+中的至少一种；所述三价金属化合物中的三价金属离子M3+包括A13+、Cr3+、Co3+、Fe3+、Sc3+、V3+中的至少一种。进一步，所述三价金属化合物中还包括稀土元素，以形成含稀土类水滑石，其化学通式为：yM3+xRe3+y(OH)-2][An-]x+y/n·mH2O；其中稀土元素的三价离子Re3+包括Eu3+、Tb3+、Sm3+、Tm3+、Ho3+、Er3+、Nd3+、Pm3+、Yb3+、Lu3+、Sc3+、r3+、La3+、Ce3+、Pr3+、Gd3+、Dy3+中的至少一种。进一步，所述水滑石类插层材料包括二元水滑石类插层材料、三元水滑石类插层材料、四元水滑石类插层材料、五元水滑石类插层材料、六元水滑石类插层材料中的至少一种。进一步，所述水滑石类插层材料适于通过改性剂进行有机改性；所述改性剂包括硬脂酸钠、十二烷基磺酸钠、酒石酸氢钠、衣康酸、单硬脂酸甘油酯、硅烷偶联剂和聚乙二醇；以及所述有机改性的方法包括共沉淀法、离子交换法、焙烧复原法中的任一种。进一步，所述聚烯烃包括聚乙烯和聚丙烯中的一种或多种。又一方面，本专利技术还提供了一种阻燃型锂离子电池隔膜的制备方法，包括：制备水滑石类插层材料；将水滑石类插层材料与聚烯烃混合；以及采用干法或湿法制备所述阻燃型锂离子电池隔膜。进一步，所述制备水滑石类插层材料的方法包括：室温下将盐溶液和碱溶液添加到反应器中，并调节反应液的pH值保持为9-10；将反应液在反应器中搅拌后移入三口瓶中，90℃下晶化6h；离心分离，用去离子水洗涤得到水滑石类插层材料滤饼；以及在70℃下真空干燥成粉，即所述水滑石类插层材料。进一步，所述盐溶液包括：硝酸盐、硫酸盐、氯化物中的一种或几种，以及上述物质中均含有如前所述的二价金属离子M2+、三价金属离子M3+；所述碱溶液包括：氢氧化钾、氢氧化钠、氨水、碳酸钠、碳酸钾、尿素中的一种或几种混合。本专利技术的有益效果是，本专利技术的阻燃型锂离子电池隔膜及其制备方法，通过聚烯烃和水滑石类插层材料为原料制备，即水滑石类插层材料在受热时，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度、阻隔氧气的阻燃作用；水滑石类插层材料还可以减少对基材物理性能的不良影响，有利于提高燃烧时的氧指数，加强阻燃效果。在阻燃过程中，水滑石类插层材料吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温，其显著的阻燃效果和特殊的理化性能，可以在较少添加量下达到高的阻燃效率，从而实现锂电池隔膜的真正高效阻燃。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是阻燃型锂离子电池隔膜的制备工艺流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。(1)现对本申请中出现的专有名词或英文缩写进行定义或解释，如表1所示：表1名词解释对应表名词或缩写中文定义M2+二价金属离子M3+三价金属离子LDHs水滑石类插层材料PE聚乙烯PP聚丙烯MD横向拉伸TD纵向拉伸PVC聚氯乙烯PVDF聚偏氟乙烯PMMA聚甲基丙烯酸甲酯RE稀土元素(2)LDHs的阻燃机理：LDHs在受热时，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和CO2的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度、阻隔氧气的阻燃作用；并可减少对基材物理性能的不良影响，有利于提高燃烧时的氧指数，加强阻燃效果；LDHs经500℃-600℃高温分解后形成多孔、比表面大的复合金属氧化物，吸附燃烧过程中产生的烟雾，从而起到抑烟的作用。同时LDHs的结构水、层板羟基及层间阴离子在不同温度范围内脱离层板，从而可在较大范围内(200-800℃)释放阻燃物质，在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温。实施例1本实施例1的阻燃型锂离子电池隔膜包括以下原料：聚烯烃和水滑石类插层材料；其中所述水滑石类插层材料(LDHs)的质量份数为1-20％，可选为5％、10％、15％。可选的，所述聚烯烃包括聚乙烯和聚丙烯中的一种或多种。一般的，层状双羟基复合金属氧化物(LayeredDoubleHydroxides,简称LDHs)是水滑石(Hydrotalcite,简称HT)和类水滑石化合物(Hydrotalcite-LikeCompounds,简称HTLCs)的统称，由这些化合物插层组装的一系列超分子材料称为水滑石类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃型锂离子电池隔膜，其特征在于，包括以下原料：/n聚烯烃和水滑石类插层材料；其中/n所述水滑石类插层材料的质量份数为1-20%。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻燃型锂离子电池隔膜，其特征在于，包括以下原料：
聚烯烃和水滑石类插层材料；其中
所述水滑石类插层材料的质量份数为1-20%。


2.根据权利要求1所述的阻燃型锂离子电池隔膜，其特征在于，
所述水滑石类插层材料包含：二价金属化合物和三价金属化合物；其中
三价金属化合物占总金属化合物的摩尔比为20%-30%。


3.根据权利要求2所述的阻燃型锂离子电池隔膜，其特征在于，
所述二价金属化合物中的二价金属离子M2+包括Mg2+、Zn2+、Ni2+、Co2+、Cu2+、Ca2+、Mn2+中的至少一种；
所述三价金属化合物中的三价金属离子M3+包括A13+、Cr3+、Co3+、Fe3+、Sc3+、V3+中的至少一种。


4.根据权利要求3所述的阻燃型锂离子电池隔膜，其特征在于，
所述三价金属化合物中还包括稀土元素，以形成含稀土类水滑石，其化学通式为：yM3+xRe3+y(OH)-2][An-]x+y/n·mH2O；其中
稀土元素的三价离子Re3+包括Eu3+、Tb3+、Sm3+、Tm3+、Ho3+、Er3+、Nd3+、Pm3+、Yb3+、Lu3+、Sc3+、r3+、La3+、Ce3+、Pr3+、Gd3+、Dy3+中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的阻燃型锂离子电池隔膜，其特征在于，
所述水滑石类插层材料包括二元水滑石类插层材料、三元水滑石类插层材料、四元水滑石类插层材料、五元水滑石类插层材料、六元水滑石类插层...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡敏，翁星星，刘涛涛，贾培梁，贡晶晶，
申请(专利权)人：江苏厚生新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32