一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜及其制备方法，褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片的引入，大幅提升了隔膜的机械强度与耐热性能，大幅提升了隔膜对极片的粘接性和电解液浸润性，极大地改善了前期涂覆及后期电芯制作过程中PMMA涂层脱粉问题；润湿剂为支链十二烷基(聚氧异丙烯)8硫酸钠，限定润湿剂在涂覆层中浓度为2.5

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池隔膜领域，具体是一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着新能源行业的快速发展，锂电池迎来发展的蓬勃期，锂电池的能量密度高、循环寿命长的优势，使其被大量应用于各种能源应用中。锂电池中的隔膜可以有效防止正、负极接触发生短路的危险，因此，为了提升锂电池的安全使用性，对锂电池隔膜性能有了更高的要求。
[0003]目前使用最为广泛的锂电池隔膜是聚烯烃隔膜，但是，使用聚烯烃隔膜常遇见以下问题：因为单一聚烯烃隔膜亲电解液性能不足及对极片粘接性能差，会导致锂电池出现循环性能差、电池硬度差、热稳定性能低等，限制了锂电池向高超薄电池的发展道路；且单一聚烯烃隔膜的机械强度与抗穿刺能力不佳，易被刺穿形成热失控；聚烯烃隔膜的熔点较低，发生热失控时易发生破膜，从而加重热失控，导致电池燃烧甚至爆炸。
[0004]现有市场上一般在聚烯烃隔膜的单面或双面涂覆水系PVDF胶层，来改善聚烯烃隔膜对极片的粘接性和电解液浸润性差的问题，但是同时存在易脱落的问题；在聚烯烃隔膜的单面或双面涂覆耐高温的陶瓷涂层来解决聚烯烃隔膜机械性能与耐热性能差的问题，虽然可以使隔膜闭孔至150℃，但150℃的闭孔温度也存在高温下短路或自燃的危险，因此，现在的研究热点为如何进一步提高隔膜的耐热性能及减少隔膜的破膜风险，提高锂电池的安全使用性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜，包括基膜和涂覆在基膜表面形成的涂覆层；以质量份数计，涂覆层中各组分含量为：0.6％
‑
1.6％的分散剂，15％
‑
25％的PMMA粉体，13％
‑
23％的褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片，7％
‑
10％的增稠剂，2％
‑
4％的粘结剂，0.2％
‑
0.5％的润湿剂，0.05％
‑
0.2％的消泡剂，余量为超纯水。
[0008]本专利技术选用MXene纳米片作为涂覆材料添加至浆料组分中，其中褶皱MXene纳米片具有良好的耐高温和导热性能，有利于提高涂层的耐热性，从而提高隔膜的耐热性；
[0009]进一步的，褶皱MXene纳米片的制备包括以下步骤：
[0010](1)氢化钛、碳化钛、铝粉混合后球磨3
‑
4h，在氩气氛围中于1440
‑
1450℃煅烧2h，冷却后球磨2
‑
3h，过筛，得到粉末状MAX；
[0011](2)粉末状MAX、氟化锂、盐酸在25
‑
30℃下搅拌22
‑
24h，离心水洗至pH＞6，冷冻干燥，得到三维产物MXene；
[0012](3)三维MXene、去离子水在氩气氛围下超声160
‑
180min，离心取上清液，冷冻干燥，得到剥离后的MXene纳米片；
[0013](4)将剥离后的MXene纳米片与水合肼混合，转移到带有PTFE衬里的不锈钢高压釜中，在90
‑
95℃下保持5
‑
6h，冷却至18
‑
25℃，过滤，采用无水乙醇和去离子水洗涤，置于80℃的真空干燥24h，控制真空干燥的真空度在0.08Mpa，得到褶皱MXene纳米片。
[0014]进一步的，粉末状MAX、氟化锂、盐酸的质量体积比为1g:1g:20mL；三维MXene、去离子水的质量体积比为1g:15mL。
[0015]进一步的，基膜为聚烯烃隔膜；分散剂为脂肪族酰胺类分散剂，增稠剂为羟甲基纤维素钠类增稠剂，粘接剂为聚丙烯酸类粘接剂，消泡剂为聚醚型消泡剂；润湿剂为烷基硫酸盐类润湿剂。
[0016]其中褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片的引入，得益于其自身的优异性能，大幅提升了隔膜的机械强度；且褶皱MXene纳米片、PMMA与具有阻燃性能的Mg(OH)2三者协同提高隔膜的耐热性能；
[0017]进一步的，褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片的制备包括以下步骤：
[0018]将硫酸镁粉体溶解在超纯水中，制备硫酸镁溶液，在搅拌条件下加入褶皱MXene纳米片，超声分散1
‑
2h，升温到70
‑
75℃，以55ml/min的流量加入2mol/L的氨水，pH为8
‑
10反应停止，过滤，依次采用无水乙醇、超纯水洗涤，真空干燥10
‑
12h，得到褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片。
[0019]进一步的，硫酸镁溶液、氨水与褶皱MXene纳米片的摩尔浓度与质量比为1.85mol/L:2mol/L:2.36g。
[0020]MXene@Mg(OH)2纳米片表面的褶皱结构，使得PMMA颗粒可以比较牢固地粘附在MXene@Mg(OH)2纳米片表面，大幅提升了隔膜对极片的粘接性和电解液浸润性，极大地改善了前期涂覆及后期电芯制作过程中PMMA涂层脱粉问题；
[0021]且褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片的引入，源于Mg(OH)2的结晶水受热分解吸热即形成的炭化层；当温度升高到分解温度，Mg(OH)2分解释放水蒸气，吸收潜热，冲淡了燃烧物表面附近氧气和可燃气体的浓度，使表面燃烧难以进行；而表面形成的炭化层阻止氧气和热量的进入，同时其分解生成的氧化镁还是良好的耐火材料，具有良好的耐高温和导热性能，可提高材料抵抗明火的能力。
[0022]一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0023]S1：将分散剂，PMMA粉体，褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片、超纯水预混10
‑
30min，转速为100
‑
300rpm；加入增稠剂继续搅拌20
‑
60min，转速为200
‑
500rpm；加入粘结剂继续搅拌30
‑
50min，转速为350
‑
500rpm；加入润湿剂，消泡剂搅拌20
‑
40min，转速为400
‑
600rpm；过滤除铁后得到PMMA包覆的褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片的涂覆浆料；
[0024]S2：采用微凹版辊涂布工艺，将所制得涂覆浆料辊涂于基膜两侧，70
‑
75℃烘干过后收卷，得到一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜。
[0025]支链十二烷基(聚氧异丙烯)8硫酸钠(G
‑
C
12
PO8S)为沙索公司(Sasol，南非)提供；
[0026]润湿剂为支链十二烷基(聚氧异丙烯)8硫酸钠(G
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜，其特征在于，所述隔膜包括基膜和涂覆在基膜表面形成的涂覆层；以质量份数计，涂覆层中各组分含量为：0.6％
‑
1.6％的分散剂，15％
‑
25％的PMMA粉体，13％
‑
23％的褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片，7％
‑
10％的增稠剂，2％
‑
4％的粘结剂，0.2％
‑
0.5％的润湿剂，0.05％
‑
0.2％的消泡剂，余量为超纯水。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜，其特征在于，所述基膜为聚烯烃隔膜；所述分散剂为脂肪族酰胺类分散剂，所述增稠剂为羟甲基纤维素钠类增稠剂，所述粘接剂为聚丙烯酸类粘接剂，所述消泡剂为聚醚型消泡剂，所述润湿剂为烷基硫酸盐类润湿剂。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜，其特征在于，褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片的制备包括以下步骤：将硫酸镁粉体溶解在超纯水中，制备硫酸镁溶液，在搅拌条件下加入褶皱MXene纳米片超声分散1
‑
2h，升温到70
‑
75℃，加入氨水，pH为8
‑
10反应停止，过滤，依次采用无水乙醇、超纯水洗涤，真空干燥10
‑
12h，得到褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片。4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜，其特征在于，硫酸镁溶液、氨水与褶皱MXene纳米片的摩尔浓度与质量比为1.85mol/L:2mol/L:2.36g。5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜，其特征在于，褶皱MXene纳米片的制备包括以下步骤：(1)氢化钛、碳化钛、铝粉混合后球磨3
‑
4h，在氩气氛围中于1440
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1450℃煅烧2h，冷却后球磨2
‑
3h，过筛，得到粉末状MAX；(2)粉末状MAX、氟化锂、盐酸混合后在25
‑
30℃下搅拌22
‑
24h，离心水洗，冷冻干燥，得到三维产物MXene；(3)三维MXene、去离子水在氩气氛围下超声160
‑
180min，离心取上清液，冷冻干燥，得到剥离后的MXene纳米片；(4)将剥离后的MXene纳米片与水合肼混合，转移到带有PTFE衬里的不锈钢高压釜中，在90
‑
95℃下保持5
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6h，冷却至18
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25℃，过滤，采用无水乙醇和去离子水洗涤，置于80℃的真空干燥24h，控制真空干燥的真空度在0.08Mpa，得到褶皱MXene纳米片。6.根据权利要求5所述的一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜，其特征在于，粉末状MAX、氟化锂、盐酸的质量体积比为1g:1g:20mL；三维MXene、去离子水的质量体积比为1g:15mL。7.一种锂离子电池用褶皱MXene修饰隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将分散剂，PMMA粉体，褶皱MXene@Mg(OH)2纳米片、超纯水预混10
‑
30min，转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帆，张立斌，赵海玉，沈亚定，
申请(专利权)人：江苏厚生新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：