一种复合阻燃材料及其制备方法、隔离膜、负极极片、二次电池和用电装置制造方法及图纸

本申请涉及一种复合阻燃材料及其制造方法、隔离膜、负极极片、二次电池和用电装置。所述复合阻燃材料为式I所示的层状金属氢氧化物：其中，M

【技术实现步骤摘要】
一种复合阻燃材料及其制备方法、隔离膜、负极极片、二次电池和用电装置


[0001]本申请涉及电池
，具体地涉及复合阻燃材料及包含其的二次电池、电池模块、电池包和用电装置。

技术介绍

[0002]二次电池，例如锂离子电池，具有工作电压高、能量密度大等优点。近年来，随着人们对清洁能源需求的日益递增，二次电池已广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、交通工具、军用设备、航空航天等多个领域。由于二次电池的应用领域得到了极大的扩展，因此对其性能也提出了更高的要求。
[0003]但是，锂离子电池在使用过程中会大量产热，极端情况下会产生热失控现象。因此，如何防止电池的热失控，已成为一项亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]技术问题
[0005]本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种复合阻燃材料及其制造方法、隔离膜、负极极片、二次电池和用电装置，该复合阻燃材料的层结构稳定性较高，通过在隔离膜基材或负极极片的表面涂敷复合阻燃材料，能够在电池燃烧或受热时大量吸热，从而提升电池的安全性能。
[0006]技术方案
[0007]本申请的专利技术人为了解决上述问题而完成了本专利技术。
[0008]本申请的第一方面提供一种复合阻燃材料，所述复合阻燃材料为式I所示的层状金属氢氧化物：
[0009][0010]其中，M
A2+
选自Mg
2+
、Mn
2+
、Ni
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Co
2+
、Ni
2+
、Fe
2+
中的一种或多种；M
B3+
选自Al
3+
、Ti
3+
、Fe
3+
、Co
3+
、Cr
3+
中的一种或多种；A
n
‑
为含有苯环结构且含磷的有机阴离子，并且所述有机阴离子为所述层状金属氢氧化物的层间离子；0.2≤x＜1；1≤y≤10且为正整数；1≤n≤3且为正整数。
[0011]本申请中，复合阻燃剂选用层间离子为含有苯环结构且含磷的有机阴离子的层状金属氢氧化物，其苯环结构中的不饱和键易于形成分子间的Π
‑
Π堆积作用，可以最大程度上降低体系能量，从而实现有机阴离子的有效插层，形成层状金属氢氧化物；在受热后，层状金属氢氧化物形成的磷酸可作为脱水剂，促使电池中的可燃性物质脱水成碳，例如隔离膜、粘接剂或电解液中的可燃性溶剂等，形成蓬松发孔封闭结构的碳层，从而降低热传导。
[0012]本实施方式提供的复合阻燃材料，在受热的初期时就会失去层间的结晶水与层间的羟基，在此过程中，一方面，所述复合阻燃材料可以大量吸热，起到降温阻燃的作用；另一
方面，随着温度的进一步升高，发生燃烧时，复合阻燃材料的层间离子可以进一步分解出磷氧自由基，与层状金属氢氧化物协同阻燃，阻燃效果进一步提升。
[0013]在任意实施方式中，所述有机阴离子A
n
‑
选自二苯基磷酸根、苯基次磷酸根、3
‑
羟基苯基磷酰丙酸、4
‑
甲氧苯基磷酸、对甲苯磷酸、1,4
‑
苯二膦酸中的一种或多种，可选地为二苯基磷酸根或苯基次磷酸根。由此，本申请通过选取含有苯环结构且含磷的有机阴离子，苯环中的不饱和键易于形成分子间的Π
‑
Π堆积作用，可以最大程度上降低体系能量，能够实现有机阴离子的有效插层，形成层状金属氢氧化物；层状金属氢氧化物中的含磷有机酸根在受热后形成磷酸，可作为脱水剂促使电池中的可燃性物质脱水成碳，降低热传导。
[0014]在任意实施方式中，所述复合阻燃材料的层间距为可选地为本申请中，所述复合阻燃材料的层间距在上述范围内时，能够为有机阴离子提供足够的空间，实现有机阴离子的有效插层，得到层间离子为含有苯环且含磷的有机阴离子的复合阻燃材料。
[0015]在任意实施方式中，所述复合阻燃材料中M
A2+
和M
B3+
的摩尔比为1：1～4：1，可选地为2：1～3：1。由此可以调整层板间的电荷分布状态，利于实现有机阴离子插层。
[0016]在任意实施方式中，所述复合阻燃材料的体积平均粒径Dv50为100nm～5000nm，可选地为100nm～1000nm，由此能够有效防止粒径过大导致复合阻燃材料在浆料中的沉降现象，从而影响复合阻燃材料的均匀性。
[0017]本申请的第二方面提供一种复合阻燃材料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：
[0018](1)提供含有M
B3+
的第二盐溶液和含有A
n
‑
的有机溶液的混合液，加入碱溶液，得到初级溶液；
[0019](2)提供含有M
A2+
的第一盐溶液，并加入所述初级溶液，得到混合液；经陈化反应，得到悬浊液；
[0020](3)将所述悬浊液洗涤、抽滤，得到滤饼，对所述滤饼进行干燥、研磨，得到复合阻燃材料，所述复合阻燃材料为式I所示的层状金属氢氧化物：
[0021][0022]其中，M
A2+
选自Mg
2+
、Mn
2+
、Ni
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Co
2+
、Ni
2+
、Fe
2+
中的一种或多种；M
B3+
选自Al
3+
、Ti
3+
、Fe
3+
、Co
3+
、Cr
3+
中的一种或多种；A
n
‑
为含有苯环结构且含磷的有机阴离子，并且所述有机阴离子为所述层状金属氢氧化物的层间离子；0.2≤x＜1；1≤y≤10且为正整数；1≤n≤3且为正整数。
[0023]在任意实施方式中，能够简单易行地进行复合阻燃材料的制备，具有耗能低、成本小、合成效率高的优点。此外，通过上述方法制备的复合阻燃材料，有机阴离子能够有效插入层间，形成的层状金属氢氧化物结构稳定性较高，阻燃性能优异。由此，包含本实施方式的复合阻燃材料的隔离膜或负极极片可以具有优异的阻燃性。
[0024]在任意实施方式中，所述步骤(2)中，所述陈化反应的时间为24h～96h，可选地为48h～72h。由此，充分的陈化能使悬浊液沉降完全，去除沉淀中包藏的杂质，并使析出的产物粒径分布更加均匀。
[0025]在任意实施方式中，所述步骤(2)中，所述混合液的pH值范围为10～12，可选地为
11～11.5。由此，将混合物保持在强碱性时，能保证溶液中的羟基含量，在制备过程中易于形成带有羟基的层状金属氧化物。
[0026]本申请的第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合阻燃材料，其特征在于，所述复合阻燃材料为式I所示的层状金属氢氧化物：其中，M
A2+
选自Mg
2+
、Mn
2+
、Ni
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Co
2+
、Ni
2+
、Fe
2+
中的一种或多种；M
B3+
选自Al
3+
、Ti
3+
、Fe
3+
、Co
3+
、Cr
3+
中的一种或多种；A
n
‑
为含有苯环结构且含磷的有机阴离子，并且所述有机阴离子为所述层状金属氢氧化物的层间离子；0.2≤x＜1；1≤y≤10且为正整数；1≤n≤3且为正整数。2.如权利要求1所述的复合阻燃材料，其特征在于，所述有机阴离子A
n
‑
选自二苯基磷酸根、苯基次磷酸根、3
‑
羟基苯基磷酰丙酸、4
‑
甲氧苯基磷酸、对甲苯磷酸、1,4
‑
苯二膦酸中的一种或多种，可选地为二苯基磷酸根或苯基次磷酸根。3.如权利要求1或2中所述的复合阻燃材料，其特征在于，所述复合阻燃材料的层间距为可选地为4.如权利要求1
‑
3任一项所述的复合阻燃材料，其特征在于，所述复合阻燃材料中M
A2+
和M
B3+
的摩尔比为1：1～4：1，可选地为2：1～3：1。5.如权利要求1
‑
4中任一项所述的复合阻燃材料，其特征在于，所述复合阻燃材料的体积平均粒径Dv50为100nm～5000nm，可选地为100nm～1000nm。6.一种复合阻燃材料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：(1)提供含有M
B3+
的第二盐溶液和含有A
n
‑
的有机溶液的混合液，加入碱溶液，得到初级溶液；(2)提供含有M
A2+
的第一盐溶液，并加入所述初级溶液，得到混合液；再经陈化反应，得到悬浊液；(3)将所述悬浊液洗涤、抽滤，得到滤饼，对所述滤饼进行干燥、研磨，得到复合阻燃材料，所述复合阻燃材料为式I所示的层状金属氢氧化物：其中，M
A2+
选自Mg

【专利技术属性】
技术研发人员：范国凌，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：