一种多孔生蛭石片及其在锂离子电池中的应用方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种多孔生蛭石片及其在锂离子电池中的应用方法，是将生蛭石经研磨、表面活化后，与粘结剂、填充剂进行固相混合，经预压制、热压制、造孔而成，并将多孔生蛭石片置于正极片和负极片之间，以提升锂离子电池的安全性能，解决锂电子电池温度＞150℃时易发生爆炸等安全性问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种多孔生蛭石片及其在锂离子电池中的应用方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种多孔生蛭石片及其在锂离子电池中的应用方法。

技术介绍

[0002]随着锂离子电池各项性能的逐步提升以及应用范围的扩大，锂离子电池常由于短路导致燃烧或者爆炸等问题，特别是当前高容锂离子电池迅猛发展，虽然其容量和功率性能得到较大提升，但其安全性较差，电池使用中存在较大的安全隐患，因此，提升锂离子电池安全性能刻不容缓。当前锂离子生产中采用的安全装置不能够有效的避免短路等产生的安全性问题，而一般的陶瓷、芳纶等涂覆法虽然有一定效果，但是改善不大。电池的安全性问题日益凸显，安全性问题成为了制约当前锂离子电池应用和发展的关键所在。
[0003]虽然经过大量研究，人们提出了各种各样的改进策略，但是其效果仍然难以满足要求。目前常用方法是通过使用陶瓷涂层来提高隔膜的热稳定性，这种隔膜闭温孔温度低，热收缩温度高，能有效避免因为隔膜高温时收缩带来的短路。然而，一旦电池热失控，内部温度迅速上升超过隔膜熔点，隔膜还是会大面积收缩，出现安全问题。同时，这种隔膜仍然难以避免锂离子电池在长期使用过程中由于锂枝晶的生长导致的刺穿问题和由此引起的电池内部短路问题。
[0004]CN201910764753.2公开了一种具有均一介孔结构涂层的金属锌负极，包括锌负极和黏土浆料层，经预嵌锌处理制得，所述黏土浆料的原料粉包括：聚偏二氟乙烯1％～20wt％；黏土材料80％～90wt％；所述的黏土材料为高岭土、绿泥石、石脂、凹凸棒石、蛭石、水铝英石、伊来石中的一种或多种组合。该专利技术方案所提出的一种水系锌离子电池负极涂层可以起到保护层的作用，在一定程度上隔离锌负极与电解液的直接接触，减少电极与电解液之间的副反应，循环稳定性得到提高，材料本身的层状多孔性能有效防止循环过程中产生枝晶刺穿隔膜，缓解负极的体积膨胀，有效减少了电池短路的情况发生，安全性能得到提高。该专利中提到蛭石等黏土材料具有层状多孔性能，因此可以知道其所使用的是膨胀蛭石，该专利中使用的蛭石等黏土材料的作用是利用膨胀蛭石的高稳定性以及多孔特点隔离锌负极与电解液的直接接触，减少电极与电解液之间的副反应和枝晶刺穿隔膜，而不是利用生蛭石的受热膨胀特点，并且该专利中膨胀蛭石等黏土材料是在电池的正常使用过程中发挥作用，因此不能解决当电池温度上升至150℃以上时的安全隐患问题。
[0005]CN201310177247.6公开了一种有机-无机复合隔膜及其制备和应用，所述有机-无机复合隔膜由无机颗粒与高分子聚合物组成，所述无机颗粒均匀嵌布在高分子聚合物内；所述无机颗粒选自层状无机材料和/或多孔无机材料。所述层状无机材料选自水辉石、蒙脱土、蒙脱土钠、蒙脱土钙、蒙脱石镁、绿脱石、铬岭石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、水羟硅钠石、富镁蒙脱石、蛭石、铝酸盐氧化物、水滑石、伊利石、累托石、三八面体伊利石中的至少一种或上述无机材料的改性产物中的至少一种。该专利技术所述的有机-无机复合隔膜中的无机颗粒起到吸附电解液的作用，高分子聚合物起固定无机颗粒，辅助成膜的作用。以层状无机
材料和/或多孔无机材料的无机颗粒作为电解质的主体，具有很高的热稳定性和机械强度，可以避免传统隔膜存在的热收缩、锂枝晶穿刺问题。该专利中提到蛭石等材料具有层状多孔吸液性能，因此可以知道其所使用的是膨胀蛭石，而不是生蛭石。
[0006]生蛭石是一种铁、镁含水硅铝酸盐复杂类矿物，呈薄片层状结构，由两层层状的硅氧骨架，通过氢氧镁石层或氢氧铝石层结合而形成双层硅氧四面体使“双层”之间有水分子层。高温加热时，“双层”间的水分变为蒸汽产生压力，使“双层”分离、膨胀。生蛭石在150℃以下时，水蒸气由层间自由排出，但由于其压力不足，生蛭石难以膨胀。当温度高于150℃，特别是在850℃～1000℃时，因硅酸盐层间基距减小，水蒸气排出受限，层间水蒸气压力增高，从而导致生蛭石剧烈膨胀。但由于生蛭石具有低功率密度、电场不均匀分布、热点不均一等内在局限性，因此严重限制了生蛭石在锂离子电池中的应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种多孔生蛭石片及其在锂离子电池中的应用方法。
[0008]具体是通过以下技术方案来实现的：
[0009]本专利技术的目的之一在于：提供了一种多孔生蛭石片，是将生蛭石经研磨、表面活化后，与粘结剂、填充剂进行固相混合，经预压制、热压制、造孔而成。
[0010]进一步地，一种多孔生蛭石片，其制备方法包括如下步骤：
[0011]1)研磨得生蛭石粉；
[0012]2)表面活化：将生蛭石粉清洗后，浸泡于酸液或碱液中，搅拌1-20h，搅拌温度≤90，然后经固液分离后烘干；
[0013]3)配制混合粉料：将生蛭石粉、粘结剂、填充剂进行固相混合，得混合料，然后向混合料中加入混合料总质量2-20％的溶剂，继续搅拌，制得混合粉料；
[0014]4)预压制：根据模具尺寸和生蛭石片初级厚度计算，称取混合粉料于模具中冷压成型，压力范围0.2-10MPa；
[0015]5)热压制：根据生蛭石片的最终厚度和尺寸要求选取热压模具计算，并通过挤压式裁切获得满足模具尺寸要求的预压制所得蛭石片，将预压制所得生蛭石片放置于热压磨具内并施加压至压力≤10MPa，然后进行预加热2-30分钟，待温度恒定后增压至≤100MPa，保压1-20分钟进行热压成型，获得的生蛭石片；
[0016]6)造孔：将热压制所得生蛭石片清洗除去填充物粉料，然后经烘烤，得多孔生蛭石片。
[0017]所述生蛭石指未经膨胀处理的蛭石。
[0018]所述研磨是将生蛭石研磨至粒径为0.001-1μm。
[0019]所述固相混合，其公转转速20-100转/min，自转转速500-5000转/min。
[0020]所述预加热温度≤150℃。
[0021]所述生蛭石片，其最终厚度为2-300μm。
[0022]所述混合料其组成物质的质量百分比为：粘结剂0.1％-10％、填充剂1％-70％，余量为生蛭石粉。
[0023]本专利技术通过调节粘结剂种类和用量将多孔生蛭石片制成刚性片或柔性片，这可满
足不同结构电池需求。
[0024]所述酸液的浓度为0.01-5mol/L。
[0025]所述碱液的浓度为0.01-5mol/L。
[0026]所述酸液为无机酸、有机酸中任一种。
[0027]所述酸液包括但不限于如下中任一种：高氯酸、氢碘酸、硫酸、氢溴酸、盐酸、硝酸、碘酸、草酸、亚硫酸、磷酸、丙酮酸、亚硝酸、柠檬酸、氢氟酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、苯甲酸、丙烯酸、醋酸、丙酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸。
[0028]所述碱液为无机碱、有机碱中任一种。
[0029]所述碱液包括但不限于如下中任一种：氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钡、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钙、氨水、碳酸氢钙、甲胺、尿素(脲)、乙胺、乙醇胺、乙二胺、二甲胺、三甲胺、三乙胺、丙胺、异丙胺、1,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔生蛭石片，其特征在于，是将生蛭石经研磨、表面活化后，与粘结剂、填充剂进行固相混合，经预压制、热压制、造孔而成。2.如权利要求1所述的一种多孔生蛭石片，其特征在于，其制备方法包括如下步骤：1)研磨得生蛭石粉；2)表面活化：将生蛭石粉清洗后，浸泡于酸液或碱液中，搅拌1-20h，搅拌温度≤90℃，然后经固液分离后烘干；3)配制混合粉料：将生蛭石粉、粘结剂、填充剂进行固相混合，得混合料，然后向混合料中加入混合料总质量2-20％的溶剂，继续搅拌，制得混合粉料；4)预压制：根据模具尺寸和生蛭石片初级厚度计算，称取混合粉料于模具中冷压成型，压力范围0.2-10MPa；5)热压制：根据生蛭石片的最终厚度和尺寸要求选取热压模具计算，并通过挤压式裁切获得满足模具尺寸要求的预压制所得生蛭石片，将预压制所得生蛭石片放置于热压磨具内并施加压至压力≤10MPa，然后进行预加热2-30分钟，待温度恒定后增压至≤100MPa，保压1-20分钟进行热压成型，获得的生蛭石片；6)造孔：将热压制所得生蛭石片清...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐星，赵珊，冉昕昕，田进，王储，姚兰浩，杨中发，谭思平，覃韬，万伟华，石斌，王庆杰，袁再芳，
申请(专利权)人：贵州梅岭电源有限公司，
类型：发明
国别省市：