一种提高锂离子电池电解液保液量和安全性能的隔膜功能涂层材料制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种提高锂离子电池电解液保液量和安全性能的隔膜功能涂层材料。本发明专利技术的涂层材料中的氧化物陶瓷以多孔、比表面积较大的g‑C

【技术实现步骤摘要】
一种提高锂离子电池电解液保液量和安全性能的隔膜功能涂层材料
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种提高锂离子电池电解液保液量，同时还能提高锂离子电池过充、短路等安全性能的基于石墨相氮化碳/氧化物陶瓷的涂层材料。
技术介绍
锂离子电池具有较高的能量密度、较长的循环寿命以及环境友好等优点，被广泛应用在手机、笔记本电脑等便携式电子产品和新能源汽车上。然而对锂离子电池来说，循环寿命和安全性是最为重要的两项内容，尤其对于动力锂离子电池，目前的新能源汽车寿命缩短和安全事故频发。所以提升锂离子电池的循环寿命和安全性能成为锂离子电池重中之重的事情。锂离子电池中，电解液的加入量(保液量)是影响电池循环寿命的关键因素，尤其对于空间利用率较低的软包电池，在保证不涨液的前提下，保液量的提升相当有限。因此锂离子电池长期循环会出现由于电解液消耗而导致极化增大，循环性能急剧下降的现象发生，从而大大缩短电池的寿命。而隔膜陶瓷涂层的使用，一方面增强了隔膜的硬度，减小了隔膜的热收缩性，另一方面也缓解了锂枝晶刺破隔膜的可能性，可以大大提升电池的安全性能。目前的陶瓷隔膜涂层通常是由陶瓷颗粒制备得到的，而陶瓷颗粒通常使用氧化铝，另外，二氧化硅、氧化镁、氧化钙等也可作为陶瓷颗粒。市面上的陶瓷粉可以分为高纯(99.99％，粒径0.3-1.0μm)和精制(99.7％，粒径0.3-2.5μm)两种品质，其中前者不需要进一步研磨加工，就可以在浆料中分布均匀；后者分散性相对较差，需要进一步研磨加工，才能够在浆料中分散均匀，这对涂覆厂商的工艺要求较高，需要稳定控制，而且成本增加。对于一定浓度的浆料，陶瓷颗粒质量占比越高，涂覆隔膜的硬度越高，热性能越好，但机械性能和循环性能均下降，这是因为过多的陶瓷颗粒会降低涂覆均匀性并削弱高分子粘结剂的骨架结构。而且陶瓷材料孔隙率低，比表面积较低，保液量低，而且容易拥堵膈膜孔隙，造成电池的锂离子传输通道受阻，增大电池内阻，降低电池的循环性能。
技术实现思路
为了改善现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种提高锂离子电池电解液保液量和安全性能的隔膜功能涂层材料及其制备方法和在隔膜中的用途。本专利技术是通过水热法-固相反应法两步法来制备以石墨相氮化碳(g-C3N4)为载体，氧化物陶瓷均匀分布的基于g-C3N4/氧化物陶瓷的涂层材料。更高的能量密度是锂离子电池不断挑战的目标，但安全性能和循环寿命也面临着越来越大的挑战，在隔膜涂层上寻找提高保液量和安全性能的方法是最直接简单的方法。申请人通过大量研究发现，找到易于分散的、与氧化物陶瓷易于结合的、机械性能好的、孔隙率与比表面积较大的、价格便宜且易于制备的涂层材料，同时可以促进氧化物陶瓷在浆料中的分散，氧化物陶瓷在隔膜涂层中分布均匀，加大氧化物陶瓷的质量占比，机械性能也不会很差，更重要的，孔隙率和比表面积大能够加大电池的电解液保液量，对于提高锂离子电池的循环性能和安全性能具有十分重大的意义。石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种典型的聚合物半导体，具有一种近似石墨烯的平面二维片层结构。g-C3N4具有良好的热稳定性和化学稳定性。g-C3N4能在高温下结构性能稳定，在超过600℃时热稳定性才会开始下降，且在强酸强碱下保持结构性能稳定，无毒，对环境友好，无二次污染。g-C3N4的制备方法简易，且成本较低。g-C3N4的常规制备方法分为固相反应法、溶剂热法、电化学沉积法和热聚合法。本专利技术首次将石墨相氮化碳与氧化物陶瓷复合制备的复合材料用于隔膜的涂层，改善了现有陶瓷基隔膜的诸多缺陷。进一步的，本专利技术还提供了一种不同于常规方法制备的改性石墨相氮化碳，其比表面积大于常规方法制备的g-C3N4的比表面积(在40-50m2/g左右)，且孔隙率也远大于常规方法制备的g-C3N4(孔隙率一般较低)，更好地实现了与氧化物陶瓷的均匀结合，更有利于提高锂离子电池电解液保液量和提高锂离子电池过充、短路等安全性能。本专利技术具体的技术方案如下：一种涂层材料，其中，所述涂层材料包括石墨相氮化碳和氧化物陶瓷，其中，所述石墨相氮化碳为载体，所述氧化物陶瓷均匀分布在石墨相氮化碳载体表面。根据本专利技术，所述氧化物陶瓷还均匀分布在石墨相氮化碳的孔隙内。根据本专利技术，所述氧化物陶瓷的粒径是纳米级的。根据本专利技术，所述石墨相氮化碳是改性的石墨相氮化碳。根据本专利技术，所述石墨相氮化碳是羰基改性的石墨相氮化碳。根据本专利技术，所述石墨相氮化碳和氧化物陶瓷的质量比为1:19～19:1。一种涂层材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：(1)将碳氮单体溶于有机溶剂中，制备得到氮化碳前驱体混合体系；(2)将陶瓷前驱体溶于水中，制备得到陶瓷前驱体混合体系；(3)将步骤(1)的氮化碳前驱体混合体系和步骤(2)的陶瓷前驱体混合体系混合，任选地调节pH为碱性，然后进行水热反应，制备得到陶瓷涂层材料的前驱体；(4)将步骤(3)的陶瓷涂层材料的前驱体进行焙烧，制备得到所述涂层材料。根据本专利技术，步骤(1)中，所述有机溶剂为含有羧基的有机溶剂，例如选自甲酸、醋酸、丙酸、丁酸、草酸、苯甲酸中的一种或多种。根据本专利技术，步骤(2)中，所述陶瓷前驱体选自TiO2陶瓷前驱体(如钛酸四丁酯(TBT)、硫酸氧钛(TiOSO4)中的一种或两种)、SiO2陶瓷前驱体(如正硅酸烷基酯，具体例如正硅酸乙酯(TEOS))、Al2O3陶瓷前驱体(如偏铝酸钠(NaAlO2)、偏铝酸钾(KAlO2)这些可溶性偏铝酸盐中的一种或多种)、MgO陶瓷前驱体(如氯化镁(MgCl2·H2O)、硝酸镁(Mg(NO3)2)这些可溶性镁盐中的一种或多种)中的至少一种。根据本专利技术，步骤(3)中，所述混合是将步骤(1)的氮化碳前驱体混合体系逐滴加入到步骤(2)的陶瓷前驱体混合体系中。一种涂层材料，其通过上述的制备方法制备得到。一种隔膜涂层，所述隔膜涂层包括上述的涂层材料。根据本专利技术，所述隔膜涂层中，所述涂层材料占所述隔膜涂层总质量的1-99wt％，优选为20-60wt％。根据本专利技术，所述隔膜涂层厚度为0.1μm～10μm，优选为1μm-5μm。一种隔膜，其包括基层和上述的隔膜涂层。上述隔膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：将所述的涂层材料、粘结剂和任选地溶剂混合，制备得到混合浆料，将所述混合浆料涂覆在基层至少一侧表面，干燥，压实，制备得到所述隔膜。根据本专利技术，所述混合浆料中的固含量为30-90wt％，即所述涂层材料的质量百分含量为30-90wt％。一种电池，所述电池包括上述的隔膜。本专利技术的有益效果：(1)本申请所述的涂层材料包括石墨相氮化碳(即g-C3N4聚合物材料)和氧化物陶瓷，其中，氧化物陶瓷以多孔、比表面积较大的g-C3N4聚合物材料为载体实现了其在涂层中均匀分布，而且g-C3N4聚合物的引入使得涂层的机械性能和柔韧性增加，从而使得涂层中氧化物陶瓷的比重可以显著增加，可以提升应用该涂层的隔膜的耐热性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种涂层材料，其特征在于，所述涂层材料包括石墨相氮化碳和氧化物陶瓷，其中，所述石墨相氮化碳为载体，所述氧化物陶瓷均匀分布在石墨相氮化碳载体表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种涂层材料，其特征在于，所述涂层材料包括石墨相氮化碳和氧化物陶瓷，其中，所述石墨相氮化碳为载体，所述氧化物陶瓷均匀分布在石墨相氮化碳载体表面。


2.根据权利要求1所述的涂层材料，其中，所述氧化物陶瓷还均匀分布在石墨相氮化碳的孔隙内；
优选地，所述氧化物陶瓷的粒径是纳米级的。


3.根据权利要求1或2所述的涂层材料，其中，所述石墨相氮化碳是改性的石墨相氮化碳；
优选地，所述石墨相氮化碳是羰基改性的石墨相氮化碳；
优选地，所述石墨相氮化碳和氧化物陶瓷的质量比为1:19～19:1。


4.一种涂层材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将碳氮单体溶于有机溶剂中，制备得到氮化碳前驱体混合体系；
(2)将陶瓷前驱体溶于水中，制备得到陶瓷前驱体混合体系；
(3)将步骤(1)的氮化碳前驱体混合体系和步骤(2)的陶瓷前驱体混合体系混合，任选地调节pH为碱性，然后进行水热反应，制备得到陶瓷涂层材料的前驱体；
(4)将步骤(3)的陶瓷涂层材料的前驱体进行焙烧，制备得到所述涂层材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，步骤(1)中，所述有机溶剂为含有羧基的有机溶剂，例如选自甲酸、醋酸、丙酸、丁酸、草酸、苯甲酸中的一种或多种。
优选地，步骤(2)中，所述陶瓷前驱体选自TiO2陶瓷前驱体(如钛酸四丁酯(TBT)、硫酸氧钛(TiOSO4)中的一种或两种)、SiO2陶瓷前驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：田义军，申红光，李俊义，徐延铭，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44