一种阻燃剂、阻燃改性隔膜和电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阻燃剂、阻燃改性隔膜和电池及其制备方法，其中，一种阻燃剂，包括阻燃颗粒，以及包覆在阻燃颗粒外表面由磷腈和含羟基的有机物聚合形成的聚磷腈。该阻燃剂能够克服采用常规微胶囊技术制备得到的微胶囊结构与粘结剂之间粘结力不佳导致电池循环稳定性差的缺陷，有效在提高安全性能的同时有效提高制备得到的电池的性能。制备得到的电池的性能。制备得到的电池的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃剂、阻燃改性隔膜和电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体涉及一种阻燃剂、阻燃改性隔膜和电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为一种绿色环保电池，具有高能量密度、高工作电压、高安全性能和长使用寿命等优点，但锂离子电池在进行安全测试的过程中，如过充、挤压、针刺的过程中，极易发生短路而产生电火花，进而引燃电解液发生爆炸，存在很大的安全隐患。通常提高锂离子电池安全性的方式主要是通过改进隔膜和电解液的角度来实现，而常规电解液阻燃添加剂对电池性能的劣化很严重，且阻燃效率并不高。因此，开发对电池性能影响较小、阻燃高效的隔膜尤为重要。
[0003]目前，聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)微孔膜已广泛应用于商业化的锂离子电池中。然而，聚烯烃隔膜的热稳定性和阻燃性较差，在高温下极易收缩和燃烧，这些性质很容易导致电池的短路和起火甚至是爆炸；在聚烯烃膜表面涂覆一层阻燃剂是较为常见的简单高效的方法，由于阻燃剂涂覆隔膜会提升隔膜的保液性能进而提升循环性能，但是由于阻燃剂表面性质与粘结剂的不兼容，常会导致阻燃剂颗粒的剥落，后续又由于阻燃剂的剥落会恶化循环性能，导致整体循环性能仅仅只有略微提升，提升效果并不明显。
[0004]中国专利申请CN109461938A中公开了一种微胶囊、其制备方法与一种锂离子电池，具体公开了一种微胶囊，包括囊壳部分和囊芯部分，所述囊芯部分选自有机阻燃剂和无机阻燃剂中的一种或两种，所述囊壳部分的外表面具有绒毛结构，所述囊壳部分为高分子材料。在该文献中，明确公开了提高阻燃剂与粘结剂之间粘结性能的方式是：通过喷雾干燥结合具有绒毛形状的通孔分布的多孔围栏，进而使囊壳形成类似绒毛的结构；通过该类似绒毛的结构进而提高包裹的阻燃剂与粘结剂之间粘结性能，更好地避免掉粉。
[0005]但上述具有绒毛的微胶囊结构，其制备方法相对复杂，但如果采用常规微胶囊技术制备无绒毛的微胶囊核壳结构，则依然会存在阻燃剂与粘结剂之间粘结力不佳而影响电池的循环稳定性的问题。

技术实现思路

[0006]因此，本专利技术要解决的技术问题在于，克服采用常规微胶囊技术制备得到的微胶囊结构与粘结剂之间粘结力不佳导致电池循环稳定性差的缺陷；从而提供一种即使采用常规微胶囊技术也能制备除与粘结剂之间具有极高粘结力，进而能显著提高循环稳定性的一种阻燃剂及阻燃改性隔膜和制备方法。
[0007]一种阻燃剂，包括阻燃颗粒，以及包覆在阻燃颗粒外表面由磷腈和含羟基的有机物聚合形成的聚磷腈。
[0008]在聚合过程中，磷腈和含羟基的有机物的总量越多，聚磷腈的包覆厚度就越大。所述聚磷腈的包覆厚度为10
‑
400nm，优选为20
‑
200nm；磷腈和含羟基的有机物的摩尔比为1：
(1
‑
7)。
[0009]所述含羟基的有机物包括但不限于羟基二苯醚、羟基二苯砜、羟基联苯类化合物；
[0010]所述阻燃颗粒为无机阻燃颗粒，优选为聚磷酸铵、红磷、黑鳞、磷酸铵盐、磷酸酯中的至少一种。
[0011]所述阻燃颗粒中还混合有锂盐，优选为磷酸锂或氟化锂；
[0012]锂盐的添加量为阻燃颗粒总重量的1
‑
30％，优选为1
‑
21％。
[0013]所述阻燃颗粒的粒径≤200目，优选为200目
‑
600目；所述阻燃剂的粒径为200目
‑
600目。
[0014]一种阻燃剂的制备方法，包括：获取阻燃颗粒，将阻燃颗粒和含羟基的有机物与溶剂一起分散均匀获得混合液；将磷腈与溶剂混合获得磷腈溶液；将磷腈溶液滴加到混合液中反应，反应完成后过滤、洗涤、干燥、球磨过筛即可。
[0015]所述反应的温度为40℃，反应时间为6h；
[0016]干燥温度≤60℃。
[0017]所述溶剂为乙腈，所述磷腈溶液加入到混合液之前，还在混合液中加入pH缓冲剂，所述pH缓冲剂优选为三乙胺。
[0018]一种隔膜，包括隔膜本体，以及涂覆在隔膜本体上如上所述的一种阻燃剂或如上所述的制备方法制备得到的一种阻燃剂。
[0019]所述的隔膜采用以下工艺制备得到：将一种阻燃剂和粘接剂在溶剂中分散均匀形成混合浆液后，将混合浆液涂覆在隔膜本体上，干燥后即得；
[0020]所述粘结剂为可纤维化的聚合物，包括但不限于聚四氟乙烯、丁苯橡胶、聚丙烯、聚乙烯、羧甲基纤维素钠、乙烯
‑
醋酸乙烯共聚物中的至少一种；
[0021]所述粘结剂与一种阻燃剂的质量比为1：(4
‑
10)；
[0022]所述阻燃剂的涂覆厚度≤7μm，优选为1
‑
7μm；
[0023]隔膜本体为聚乙烯隔膜；
[0024]所述混合浆液的制备中，分散时的搅拌速度为500
‑
1200rpm，优选为800
‑
1200rpm，更优选为1000
‑
1200rpm。
[0025]一种电池，包括如上所述的一种隔膜。
[0026]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0027]1.本专利技术制备出核壳结构的阻燃剂，其壳体由磷腈和含羟基的有机物聚合形成的聚磷腈构成，通过该类聚磷腈的包覆，有效改变阻燃颗粒的表面性质，使最终制备得到的阻燃剂与粘结剂之间能够具有更强的粘结力，当其涂覆在电池隔膜上后就更不易剥落，能够使隔膜具有优异的阻燃性和耐热性；并且，聚磷腈本身就是较为优异的阻燃剂，作为壳体材料后能够与阻燃颗粒相互配合，进一步提升隔膜的阻燃效率；因此，本专利技术中的阻燃剂应用到隔膜中后，其能明显的提升隔膜在明火下的引燃时间，使用该隔膜能够显著提升电池的安全性能。并且，该类聚磷腈的使用，由于与粘结剂之间的粘结力强，能有效避免掉粉而导致影响电池循环稳定性的问题，进而显著提高电池的循环性能。
[0028]2.本专利技术的阻燃剂中聚磷腈的添加导致了吸液率显著降低，本专利技术中通过进一步添加锂盐，能够有效解决聚磷腈包覆导致的吸液率显著降低的问题，明显提高隔膜的吸液率，进一步提高对电解液的浸润和吸液能力，进而使得电池内部保有更多的电解液，降低阻
抗，使其具有更好的循环稳定性；并且，该锂盐的添加，不仅仅能达到明显提高循环稳定性的目的，其还能进一步显著提高氧指数，达到更好的阻燃性能。
[0029]3.本专利技术的隔膜中，阻燃剂组成的涂覆层中具有丰富的孔隙结构，其可以明显提升了隔膜的保液率，进而有效为正负极材料中的Li
+
的自由迁移提供畅通的通道，从而使得电池的电性能有着进一步的提升。
[0030]4.本专利技术中的阻燃剂的制备过程操作简单、成本低、易于放大，有效适合于工业应用，有利于推进新能源产业的发展，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0031]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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃剂，其特征在于，包括阻燃颗粒，以及包覆在阻燃颗粒外表面由磷腈和含羟基的有机物聚合形成的聚磷腈。2.根据权利要求1所述的一种阻燃剂，其特征在于，所述聚磷腈的包覆厚度为10
‑
400nm；磷腈和含羟基的有机物的摩尔比为1：(1
‑
7)。3.根据权利要求1或2所述的一种阻燃剂，其特征在于，所述含羟基的有机物包括但不限于羟基二苯醚、羟基二苯砜、羟基联苯类化合物；所述阻燃颗粒为无机阻燃颗粒，优选为聚磷酸铵、红磷、黑鳞、磷酸铵盐、磷酸酯中的至少一种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种阻燃剂，其特征在于，所述阻燃颗粒中还混合有锂盐，优选为磷酸锂或氟化锂；锂盐的添加量为阻燃颗粒总重量的1
‑
30％，优选为1
‑
21％。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的一种阻燃剂，其特征在于，所述阻燃颗粒的粒径≤200目，优选为200目
‑
600目；所述阻燃剂的粒径为200目
‑
600目。6.权利要求1
‑
5任一项所述的一种阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括：获取阻燃颗粒，将阻燃颗粒和含羟基的有机物与溶剂一起分散均匀获得混合液；将磷腈与溶剂混合获得磷腈溶液，将磷腈溶液滴...

【专利技术属性】
技术研发人员：田贤曜，郑军华，刘心同，沈晓帆，师悦，
申请(专利权)人：蜂巢能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：