一种蒙脱石改性锂电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种蒙脱石改性锂电池隔膜及其制备方法，制备步骤为：将预处理蒙脱石分散于水系溶剂中，搅拌均匀，获得蒙脱石前驱体溶液；取所述蒙脱石前驱体溶液的上层浊液，置于离心管内离心，得到纳米级层状蒙脱石粉末；将高分子粘结剂分散于水系分散剂内形成水系粘结剂，并将所述水系粘结剂与所述纳米级层状蒙脱石粉末混合均匀，形成水系涂层浆料；将所述水系涂层浆料涂覆于锂电池隔膜表面，干燥后即得到所述蒙脱石改性锂电池隔膜。本发明专利技术提供的蒙脱石改性锂电池隔膜，能显著增加对电解液的吸液率，具有较好的离子传导率和循环稳定性，且制备方法简单、成本低，适于推广。

【技术实现步骤摘要】
一种蒙脱石改性锂电池隔膜及其制备方法
本专利技术涉及锂电池
，具体而言，涉及一种蒙脱石改性锂电池隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池主要由正极、负极、隔膜和电解液四部分组成，隔膜作为正负电极间的一层多孔薄膜，它阻断电池内的电子通过，但允许锂离子通过，形成充放电回路。隔膜的性能直接影响锂离子电池的容量、循环性能以及安全性能。目前，聚烯烃隔膜是锂离子电池隔膜的主导材料，聚烯烃隔膜价格低廉、力学性能优异、化学性能较稳定，但存在润湿性差、对电解液的亲液性差、持液率低等问题。为提高锂离子电池隔膜的电化学性能，多采用在隔膜上负载陶瓷涂层，然而陶瓷涂层隔膜，虽具有较好的热稳定和机械性能，但由于涂层过厚，有碍于锂离子的传导，且陶瓷表面的孔径较小，导致电解液进入孔内比较困难，使隔膜润湿速度慢，影响生产效率。因此，如何通过简单、环保的方法改善锂电池隔膜的性能，从而提升锂离子电池的综合性能，是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种蒙脱石改性锂电池隔膜及其制备方法，以解决现有锂电池隔膜厚度大、对电解液的吸液率低的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种蒙脱石改性锂电池隔膜的制备方法，具体步骤为：S1、将预处理蒙脱石分散于水系溶剂中，搅拌均匀，获得蒙脱石前驱体溶液；S2、取所述蒙脱石前驱体溶液的上层浊液，置于离心管内离心，得到纳米级层状蒙脱石粉末；S3、将高分子粘结剂分散于水系分散剂内形成水系粘结剂，并将所述水系粘结剂与所述纳米级层状蒙脱石粉末混合均匀，形成水系涂层浆料；S4、将所述水系涂层浆料涂覆于锂电池隔膜表面，干燥后即得到所述蒙脱石改性锂电池隔膜。可选地，所述预处理蒙脱石的粒径为800-1500目。可选地，所述预处理蒙脱石的制备方法包括：将天然鳞片蒙脱石材料球磨处理得到细化蒙脱石粉，将所述细化蒙脱石粉置于碱性溶液内进行浸润；然后将浸润后的所述细化蒙脱石粉放入冰浴超声低温槽内进行超声分级处理，制得蒙脱石乳液；最后除去所述蒙脱石乳液内的溶液，低温干燥，即得到所述预处理蒙脱石。可选地，所述粘结剂包括羟甲基纤维素、高取代羟丙基纤维素聚丙烯酸、聚乙烯醇和丙烯腈多元共聚物中的一种或多种。可选地，所述水系溶剂和所述水系分散剂均包括去离子水、乙醇、乙二醇、丙二醇和异丙醇中的一种或多种。可选地，所述蒙脱石前驱体溶液中，所述预处理蒙脱石与所述水系溶剂的固液比为1：(100-50)。可选地，所述水系粘结剂中，所述粘结剂与所述水系分散剂的固液比为(0.02-0.1)：1。可选地，所述水系涂层浆料中，所述蒙脱石粉末与所述粘结剂的质量比为10：(1-0.8)。可选地，将所述水系涂层浆料涂覆于锂电池隔膜表面包括：室温下，采用涂布机将所述水系涂层浆料涂布在所述锂电池隔膜表面，涂覆厚度为3-5μm。相对于现有技术，本专利技术提供的蒙脱石改性锂电池隔膜的制备方法具有以下优势：(1)本专利技术利用蒙脱石的结构性能及包覆机制，有效提高锂离子在隔膜上的传递性，使制得的蒙脱石改性锂电池隔膜不仅有良好的热稳定性，且具有优异的浸润性能和超高的电解液吸液率和保留率，从而显著提高锂电池的倍率性能、高倍率下的循环稳定性和库伦效率。(2)本专利技术提供的工艺过程简单、绿色环保、成本低廉且易于规模化生产，具有一定的商业前景。本专利技术另一目的在于提供一种蒙脱石改性锂电池隔膜，以解决现有锂电池隔膜厚度大、对电解液的吸液率低的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案时这样实现的：一种蒙脱石改性锂电池隔膜，采用上述所述的蒙脱石改性锂电池隔膜的制备方法制得。所述蒙脱石改性锂电池隔膜与上述所述的蒙脱石改性锂电池隔膜的制备方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1制得的蒙脱石改性锂电池隔膜的SEM截面图；图2为本专利技术实施例1制得的蒙脱石改性锂电池隔膜的SEM平面图；图3为本专利技术实施例1制得的蒙脱石改性锂电池隔膜组装成的811镍钴锰酸锂电池在2.7-4.3V电压范围内，1C的倍率下循环50次的充放电比容量-循环和库伦效率-循环图；图4为本专利技术实施例1制得的蒙脱石改性锂电池隔膜组装成的811镍钴锰酸锂电池在2.7-4.3V电压范围内，1C的倍率下循环1圈、10圈、20圈、50圈的电压-比容量图；图5为本专利技术实施例所述的蒙脱石改性锂电池隔膜制备方法的流程示意图。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语均属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。结合图5所示，本专利技术实施例提供了一种蒙脱石改性锂电池隔膜的制备方法，具体步骤为：S1、将预处理蒙脱石分散于水系溶剂中，搅拌均匀，获得蒙脱石前驱体溶液；S2、取蒙脱石前驱体溶液的上层浊液，置于离心管内离心，得到纳米级层状蒙脱石粉末；S3、将高分子粘结剂分散于水系分散剂内形成水系粘结剂，并将水系粘结剂与纳米级层状蒙脱石粉末混合均匀，形成水系涂层浆料；S4、将水系涂层浆料涂覆于锂电池隔膜表面，干燥后即得到蒙脱石改性锂电池隔膜。蒙脱石材料，其分子式为Al2(Si2O5)(OH)4，是一种四面体所组成的三层片状结构的黏土矿物，在晶体构造层间包含有水和交换阳离子，具有较高的离子交换容量。相比于传统的隔膜涂层工艺，本专利技术通过将纳米级层状的蒙脱石负载在锂离子电池隔膜上，不仅可以减少了隔膜涂层的厚度，提高锂离子的传导率，且蒙脱石层间结构中含有的交换阳离子，使得制得的蒙脱石改性锂电池隔膜具有较高的离子交换容量，能有效提高锂电池隔膜对电解液的润湿性，从而提高锂电池的电学性能。具体地，步骤S1包括：将预处理蒙脱石均匀分散于水系溶剂中，预处理蒙脱石与水系溶剂的固液比为1：(100-50)，在转速为500-800rpm、温度为30-50℃的恒温搅拌器中搅拌5-10min，使蒙脱石分散均匀，自然冷却至室温后获得蒙脱石前驱体溶液。其中，步骤S1中所述的预处理蒙脱石为微米级层状蒙脱石粉末，其制备方法包括：将纯度99.9％的天然鳞片蒙脱石材料初步过筛至200-400目后，进行高能球磨细化处理，进一步过筛后得到细化蒙脱石粉；将细化蒙脱石粉置于200-300g/L的碱性溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蒙脱石改性锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：/nS1、将预处理蒙脱石分散于水系溶剂中，搅拌均匀，获得蒙脱石前驱体溶液；/nS2、取所述蒙脱石前驱体溶液的上层浊液，置于离心管内离心，得到纳米级层状蒙脱石粉末；/nS3、将高分子粘结剂分散于水系分散剂内形成水系粘结剂，并将所述水系粘结剂与所述纳米级层状蒙脱石粉末混合均匀，形成水系涂层浆料；/nS4、将所述水系涂层浆料涂覆于锂电池隔膜表面，干燥后即得到所述蒙脱石改性锂电池隔膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种蒙脱石改性锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
S1、将预处理蒙脱石分散于水系溶剂中，搅拌均匀，获得蒙脱石前驱体溶液；
S2、取所述蒙脱石前驱体溶液的上层浊液，置于离心管内离心，得到纳米级层状蒙脱石粉末；
S3、将高分子粘结剂分散于水系分散剂内形成水系粘结剂，并将所述水系粘结剂与所述纳米级层状蒙脱石粉末混合均匀，形成水系涂层浆料；
S4、将所述水系涂层浆料涂覆于锂电池隔膜表面，干燥后即得到所述蒙脱石改性锂电池隔膜。


2.根据权利要求1所述的蒙脱石改性锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述预处理蒙脱石的粒径为800-1500目。


3.根据权利要求2所述的蒙脱石改性锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述预处理蒙脱石的制备方法包括：
将天然鳞片蒙脱石材料球磨处理得到细化蒙脱石粉，将所述细化蒙脱石粉置于碱性溶液内进行浸润；然后将浸润后的所述细化蒙脱石粉放入冰浴超声低温槽内进行超声分级处理，制得蒙脱石乳液；最后除去所述蒙脱石乳液内的溶液，低温干燥，即得到所述预处理蒙脱石。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的蒙脱石改性锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括羟甲基纤维素、高取代羟丙基纤维素聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐林，邓家辉，麦立强，张建永，费凡，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42