一种复合隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合隔膜及其制备方法和应用，所述复合隔膜的制备方法包括：将陶瓷粉末、刻蚀剂与水混合，反应后固液分离，得到固体产物；将得到的固体产物、锂盐与氧化剂混合，反应后依次经过干燥和煅烧，得到改性陶瓷粉末；将得到的改性陶瓷粉末与分散剂、粘结剂和溶剂混合，得到改性陶瓷浆料，将所述改性陶瓷浆料涂覆到基膜上，经烘干后得到复合隔膜。本发明专利技术所述制备方法通过对陶瓷粉末进行改性，得到改性陶瓷浆料，将其涂覆在基膜之上，一方面提高了陶瓷粉末表面的不规则度，另一方面提高了复合隔膜的电导率；所述制备方法工艺流程简单，有利于工业化应用。

【技术实现步骤摘要】
一种复合隔膜及其制备方法和应用
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种复合隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
随着不可再生能源的匮乏和全社会对环境污染的控制，新能源的发展已成不可阻挡之势。锂离子电池因具有比能量大、质量轻、循环寿命好、自放电率低、无记忆效应及对环境友好等优点，已经广泛应用于电动汽车领域和储能领域。随着锂离子电池应用范围不断扩大，各行各业对锂离子电池的性能提出了更加严苛的要求，如电池容量的提升、电池循环寿命的增加以及电池安全性能的提升等。隔膜作为锂离子电池组成的主要材料，对电池性能与安全起到了重要作用。目前，陶瓷涂覆隔膜广泛应用于消费类与动力电池中，尤其是氧化铝陶瓷涂覆隔膜能提升锂离子电池的安全，但是，电池级氧化铝陶瓷形状多呈现矩形、椭圆，表面光滑，陶瓷颗粒堆叠后孔隙变小，制备得到的陶瓷涂覆层透气性变差，隔膜的透气性变低，阻抗增加，削弱电池的电化学性能。因此，开发一种新的氧化铝陶瓷涂覆隔膜，提高透气性、降低阻抗，提升电池性能成为当前迫切需要解决的问题。CN109742298A公开了一种多孔陶瓷隔膜浆料及其制备方法和应用，制备方法包括以下步骤：用氢氟酸腐蚀陶瓷粉末得到多孔陶瓷粉末，陶瓷粉末由至少两种陶瓷材料制成；将多孔陶瓷粉末与盐酸或硝酸混合进行活化，得到活化多孔陶瓷粉末；用硅烷偶联剂对活化多孔陶瓷粉末的表面进行包覆，得到敏化多孔陶瓷粉末；将敏化多孔陶瓷粉末与粘结剂和有机溶剂混合，并搅拌均匀，得到多孔陶瓷隔膜浆料。该方法需采用多种陶瓷粉末作为原料，且需经过活化、敏化等处理，工艺流程较为复杂。CN109686918A公开了一种锂离子电池极片，包括：集流体和涂覆在集流体上的浆料膜片，浆料膜片上均匀开设有微孔，微孔贯穿浆料膜片的两侧表面。该电池极片通过在浆料膜片上冲击微孔而提升电池性能，其制备过程不易控制，易损坏电池极片，不利于工业化应用。综上所述，如何提供一种新的氧化铝陶瓷涂覆隔膜，提高透气性、降低阻抗的同时提升电池性能成为当前亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种复合隔膜及其制备方法和应用，所述复合隔膜的制备方法通过对陶瓷粉末进行改性，得到改性陶瓷浆料，将其涂覆在基膜之上，一方面提高了陶瓷粉末表面的不规则度，另一方面提高了复合隔膜的电导率；所述制备方法工艺流程简单，有利于工业化应用。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种复合隔膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)将陶瓷粉末、刻蚀剂与水混合，反应后固液分离，得到固体产物；(2)将步骤(1)得到的固体产物、锂盐与氧化剂混合，反应后依次经过干燥和煅烧，得到改性陶瓷粉末；(3)将步骤(2)得到的改性陶瓷粉末与分散剂、粘结剂和溶剂混合，得到改性陶瓷浆料，将所述改性陶瓷浆料涂覆到基膜上，得到复合隔膜。本专利技术中，所述制备方法一方面采用刻蚀剂对陶瓷粉末进行腐蚀，形成多孔陶瓷粉末，保证了隔膜的耐热性，同时由于多孔结构提高了陶瓷粉末表面的不规则度，增加缺陷，增大了涂层的孔隙率，进而提高了电芯的吸液、保液能力以及正负极片与隔膜的结合力，降低了隔膜阻抗，有利于锂离子在正负极片之间的传导，使电芯获得良好的倍率性能和循环寿命；并且，本专利技术的多孔陶瓷粉末自身为多孔结构，大大增加了其比表面积，相比于用常规的实心陶瓷粉末制成的多孔陶瓷隔膜(该多孔仅为实心陶瓷粉在基膜上堆积时形成的间隙)，其与粘结剂、分散剂的接触面积更大，吸附能力增强，提高了剥离力；另一方面锂盐与氧化剂反应生成过氧化锂，过氧化锂再与陶瓷粉末高温煅烧形成锂离子导体，锂离子导体具有优异的离子传导功能，可提高隔膜的电导率；所述制备方法工艺流程简单，具有良好的工业应用前景。以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述陶瓷粉末包括氧化铝粉末。优选地，步骤(1)所述陶瓷粉末的纯度不小于95％，例如95％、96％、97％、98％或99％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述陶瓷粉末的粒径为0.3～4μm，例如0.3μm、0.5μm、1μm、2μm、3μm或4μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述刻蚀剂包括乙二酸、亚硫酸、磷酸、氢氟酸、甲酸、苯甲酸、乙酸、丙酸、硬脂酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸、硅酸或苯酚中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：甲酸和乙酸的组合，氢氟酸和氢硫酸的组合，硼酸、硅酸和硬脂酸的组合等。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述反应的过程中进行搅拌。优选地，步骤(1)所述反应的时间为30～60min，例如30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述反应过程中控制pH为6～7，例如6、6.2、6.4、6.6、6.8或7等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，反应过程中的pH值对刻蚀效果具有重要影响。由于陶瓷粉末选用氧化铝粉末，而氧化铝是两性化合物，因此pH过小或者过大，均会使得氧化铝陶瓷反应过度，导致陶瓷颗粒溶解或者破裂，影响后续操作。优选地，步骤(1)所述固液分离包括过滤。优选地，步骤(1)所述固液分离后依次进行洗涤和干燥。优选地，所述干燥为真空干燥。优选地，所述干燥的温度为150～250℃，例如150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃等但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，所述干燥的时间为60～120min，例如60min、70min、80min、90min、100min、110min或120min等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地，步骤(1)所述固体产物的比表面积为5～15m2/g，例如5m2/g、7m2/g、9m2/g、11m2/g、13m2/g或15m2/g等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中，固体产物为刻蚀后的陶瓷粉末，刻蚀后的陶瓷粉末的比表面积需进行控制。若刻蚀后的陶瓷粉末比表面积过大，其颗粒会发生团聚现象，反而会使得透气性变差、孔隙率变小，并且导致粘结剂与陶瓷颗粒的接触面积以及剥离力的下降；若刻蚀后的陶瓷粉末的比表面积过小，孔隙会变少，会导致透气性下降。作为本专利技术优选的技术方案，步骤(2)所述锂盐包括碳酸锂、氢氧化锂或碳酸氢锂中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：碳酸锂和碳酸氢锂的组合，碳酸锂和氢氧化锂的组合，碳酸锂、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：/n(1)将陶瓷粉末、刻蚀剂与水混合，反应后固液分离，得到固体产物；/n(2)将步骤(1)得到的固体产物、锂盐与氧化剂混合，反应后依次经过干燥和煅烧，得到改性陶瓷粉末；/n(3)将步骤(2)得到的改性陶瓷粉末与分散剂、粘结剂和溶剂混合，得到改性陶瓷浆料，将所述改性陶瓷浆料涂覆到基膜上，得到复合隔膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将陶瓷粉末、刻蚀剂与水混合，反应后固液分离，得到固体产物；
(2)将步骤(1)得到的固体产物、锂盐与氧化剂混合，反应后依次经过干燥和煅烧，得到改性陶瓷粉末；
(3)将步骤(2)得到的改性陶瓷粉末与分散剂、粘结剂和溶剂混合，得到改性陶瓷浆料，将所述改性陶瓷浆料涂覆到基膜上，得到复合隔膜。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述陶瓷粉末包括氧化铝粉末；
优选地，步骤(1)所述陶瓷粉末的纯度不小于95％；
优选地，步骤(1)所述陶瓷粉末的粒径为0.3～4μm；
优选地，步骤(1)所述刻蚀剂包括乙二酸、亚硫酸、磷酸、氢氟酸、甲酸、苯甲酸、乙酸、丙酸、硬脂酸、氢硫酸、次氯酸、硼酸、硅酸或苯酚中的任意一种或至少两种的组合。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述反应的过程中进行搅拌；
优选地，步骤(1)所述反应的时间为30～60min；
优选地，步骤(1)所述反应过程中控制pH为6～7；优选地，步骤(1)所述固液分离包括过滤；
优选地，步骤(1)所述固液分离后依次进行洗涤和干燥；
优选地，所述干燥为真空干燥；
优选地，所述干燥的温度为150～250℃；
优选地，所述干燥的时间为60～120min；
优选地，步骤(1)所述固体产物的比表面积为5～15m2/g。


4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述锂盐包括碳酸锂、氢氧化锂或碳酸氢锂中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(2)所述锂盐的纯度不小于99.9％；
优选地，步骤(2)所述氧化剂包括过氧化氢溶液；
优选地，所述过氧化氢溶液的浓度为20～40wt％；
优选地，步骤(2)所述固体产物、锂盐与氧化剂的质量比为1:(0.125～0.5):(0.25～1)。


5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述混合后进行加热；
优选地，所述加热的温度为40～50℃；
优选地，所述加热的时间为3～6min；
优选地，步骤(2)所述反应过程中进行搅拌。


6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述干燥的温度为80～120℃；
优选地，步骤(2)所述干燥...

【专利技术属性】
技术研发人员：易怀波，吕鑫，刘荣江，黄彬彬，刘金成，刘建华，
申请(专利权)人：惠州亿纬创能电池有限公司，惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44