一种离子电池阻燃隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阻燃隔膜及其制备方法。所述离子电池阻燃隔膜，包括基膜、涂覆在基膜表面的单面或双面涂层；所述涂层由阻燃剂与MOFs复合形成。所述基膜选自PE、PP、玻璃纤维、PDMS、PET、PI中的至少一种；所述基膜的厚度为1

【技术实现步骤摘要】
一种离子电池阻燃隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于离子电池
，更具体地，涉及一种离子电池用的阻燃隔膜及其制备与应用。

技术介绍

[0002]离子电池作为一类二次电池，目前主要包括锂离子电池和钠离子电池。该类电池具备能量密度与工作电压较高，充放电电压平稳以及使用寿命长等优点。基于这些优点，离子电池目前已经被广泛应用在电子设备，新能源汽车以及人工智能等产业中。
[0003]离子电池的主体结构主要包括正极、负极、隔膜与电解液四个部分，其中隔膜通常为多孔的聚烯烃薄膜，能够防止正负极的直接接触，以此来实现电子绝缘以及离子导通，这也是二次离子电池能够反复充放电的关键。尽管此类隔膜具有成本低，制备工艺简单以及化学惰性优异等优点，但是它们还存在对于电解液的浸润性差，耐热性差和易燃等缺点。聚烯烃隔膜受热后会发生卷曲收缩，隔膜孔道变形，造成锂离子迁移受阻，短路等结果，存在燃烧和爆炸等安全隐患。
[0004]针对隔膜上述存在的问题，最直接的方法就是在隔膜表面上涂覆涂层，利用涂层的阻燃性，耐热性和浸润性来提高离子电池的使用寿命和使用安全性。目前最常见的隔膜涂层材料为氧化铝等陶瓷材料，该类涂层能够有效提高隔膜的耐热性，但是对于隔膜浸润性的提升有限，同时也会阻碍离子的迁移，进而降低电池的效率和循环稳定性。
[0005]目前为了消除离子电池存在的易燃易爆炸等安全隐患，还会采用阻燃剂例如磷酸三苯酯、磷酸三甲酯和磷酸盐等，作为添加剂直接应用在电解液中。这种将阻燃添加剂直接添加到电解液的方法，在防止电池热失控，燃烧和爆炸等方面取得了一定的成效。但由于大多数阻燃剂的电化学稳定性差，溶解性低，效果并不显著。阻燃剂虽然同样可以做为隔膜涂层材料，但是将阻燃剂直接作为隔膜涂层材料存在离子迁移受阻，电化学稳定性差等问题会导致电池的容量，效率以及离子电导率下降。因此找到合适的载体与阻燃剂结合以制备一类热稳定性和阻燃性优异且不降低电池性能的涂层材料是目前的重点研究方向之一。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中上述问题，本专利技术的目的在于提供一种离子电池阻燃隔膜及其制备方法，所提供的离子电池阻燃隔膜同时具备优异的阻燃性、热稳定性以及电解液浸润性。
[0007]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]首先，本专利技术提供了一种离子电池阻燃隔膜，该阻燃隔膜包括基膜、涂覆在基膜表面的单面或双面涂层。其中，所述涂层由阻燃剂与MOFs复合和粘结剂形成。
[0009]进一步地，基膜选自PE、PP、玻璃纤维、PDMS、PET、PI等中的至少一种，厚度为1
‑
50μm。
[0010]进一步地，所述涂层的厚度为1
‑
100μm。
[0011]进一步地，通过复合形成所述涂层的MOFs选自UIO
‑
66、UIO
‑
67、ZIF
‑
8、ZIF
‑
67、
ZIF
‑
70、Cu
‑
BTC、Fe
‑
BTC、MOF
‑
5、MOF
‑
177、MOF
‑
74、MIL
‑
100、MIL
‑
101中的至少一种。
[0012]进一步地，通过复合形成所述涂层的阻燃剂选自六氯三聚磷腈，磷酸三苯酯，亚磷酸三苯酯，三氯化磷腈，聚磷酸铵，二乙基磷酸铝，磷酸乙二胺，双酚A
‑
双(二苯基磷酸酯)，甲基磷酸二甲酯中的一种或几种混合。
[0013]进一步地，所述涂层中MOFs的中心原子与阻燃剂的摩尔比为60：0
‑
30。
[0014]进一步地，所述涂层中的粘结剂选自聚偏二氟乙烯、丁苯胶乳、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯基乙醚，聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。所述涂层中含有粘结剂的量低于涂层总质量的25％。
[0015]本专利技术采用不同的MOFs与阻燃剂复合形成涂层来提高隔膜的热稳定性、阻燃性和浸润性，其中MOFs主要作为负载阻燃剂的载体。MOFs是由金属中心节点和有机配体通过配位键连接而成的一种晶体多孔材料，具有孔隙率高，孔道规则，孔径可调以及比表面积大等优点。在MOFs的合成过程中，随着孔道结构的不断生成，能够实现对阻燃剂的包覆和封装，成为阻燃剂的理想载体。此外，MOFs自身均匀可调控的孔道结构能够浸润，吸附并储存电解液，为离子迁移提供均匀的位点，因此，本专利技术的复合涂层在确保电池电化学性能的基础上，可以避免阻燃剂直接与电极材料接触，并且提高隔膜的阻燃性、热稳定性以及浸润性。
[0016]本专利技术还提供了上述离子电池阻燃隔膜的制备方法，包括下述具体步骤：
[0017](1)制备阻燃剂/MOFs复合材料：采用水热法、沉淀法、挥发法、扩散法、超声法或微波法中的一种，制备阻燃剂/MOFs复合材料。
[0018](2)制备阻燃涂层浆料：将步骤(1)中得到的阻燃剂/MOFs复合材料与粘结剂混合，经过充分研磨后加入适量的溶剂并进行超声分散，得到涂层浆料。
[0019](3)制备阻燃隔膜涂层：将步骤(2)制备的涂层浆料涂覆在基膜表面，并放置在真空烘箱中烘干，制得所述离子电池阻燃隔膜。
[0020]其中：步骤(1)中的阻燃剂选自六氯三聚磷腈，磷酸三苯酯，亚磷酸三苯酯，三氯化磷腈，聚磷酸铵，二乙基磷酸铝，磷酸乙二胺，双酚A
‑
双(二苯基磷酸酯)，甲基磷酸二甲酯中的一种或几种混合。
[0021]步骤(1)中的MOFs选自UIO
‑
66、UIO
‑
67、ZIF
‑
8、ZIF
‑
67、ZIF
‑
70、Cu
‑
BTC、Fe
‑
BTC、MOF
‑
5、MOF
‑
177、MOF
‑
74、MIL
‑
100、MIL
‑
101中的至少一种。
[0022]步骤(1)中MOFs的中心原子与阻燃剂的摩尔比为60：0
‑
30。
[0023]步骤(2)中的粘结剂可以选自聚偏二氟乙烯、丁苯胶乳、聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚乙烯基乙醚，聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种。
[0024]步骤(2)中的溶剂选自水，乙醇，N
‑
甲基吡咯烷酮，乙酸乙酯中的一种或多种。
[0025]步骤(2)中的阻燃剂/MOFs复合材料、粘结剂质量比为75
‑
100：0
‑
25。
[0026]本专利技术还提供了一类离子电池，该类电池包含所述离子电池阻燃隔膜。
[0027]本专利技术的有益效果如下：
[0028]1)隔膜表面的阻燃剂/MOFs复合阻燃涂层具有大量的孔道结构，能够充分吸附和浸润电解液。
[0029]2)阻燃剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子电池阻燃隔膜，其特征在于：所述阻燃隔膜包括基膜、涂覆在基膜表面的单面或双面涂层；所述涂层由阻燃剂、MOFs及粘结剂复合形成。2.根据权利要求1所述的一种离子电池阻燃隔膜，其特征在于：所述基膜选自PE、PP、玻璃纤维、PDMS、PET、PI中的至少一种；所述基膜的厚度为1
‑
50μm。3.根据权利要求1所述的一种离子电池阻燃隔膜，其特征在于：所述涂层的单面厚度为1
‑
100μm。4.根据权利要求1所述的一种离子电池阻燃隔膜，其特征在于：通过复合形成所述涂层的MOFs选自UIO
‑
66、UIO
‑
67、ZIF
‑
8、ZIF
‑
67、ZIF
‑
70、Cu
‑
BTC、Fe
‑
BTC、MOF
‑
5、MOF
‑
177、MOF
‑
74、MIL
‑
100、MIL
‑
101中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种离子电池阻燃隔膜，其特征在于：通过复合形成所述涂层的阻燃剂选自六氯三聚磷腈，磷酸三苯酯，亚磷酸三苯酯，三氯化磷腈，聚磷酸铵，二乙基磷酸铝，磷酸乙二胺，双酚A...

【专利技术属性】
技术研发人员：张漩，潘宏伟，王艳南，殷贵杰，
申请(专利权)人：浙江汶纳新材料科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：