一种高机械强度的锂离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，具体为一种高机械强度的锂离子电池隔膜及其制备方法。本发明专利技术以MnCO3微立方体为模板，先制备了TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒；再将其与增稠剂、粘结剂、润湿剂、水共混得到的TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒涂覆浆料；将浆料涂覆在聚烯烃隔膜两侧，烘烤得到锂离子电池隔膜；所述锂离子电池隔膜机械强度高，具有良好的阻燃性、离子电导率和电解液浸润性。解液浸润性。

【技术实现步骤摘要】
一种高机械强度的锂离子电池隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体为一种高机械强度的锂离子电池隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池作为新型的二次电池，具有高能量密度、循环寿命长等优点，其应用范围不断扩展，被大量应用于便携式电子装置、储能和动力汽车中，尤其随着新能源行业的快速发展，锂离子电池被越来越多地应用到动力汽车中。隔膜作为锂离子电池的重要组成部分，可以有效防止正、负极接触发生短路，对锂离子电池的安全性具有非常重要的影响，因此对隔膜的性能的要求也越来越高。
[0003]聚烯烃隔膜是目前使用最为广泛的锂离子电池隔膜，但是，市场上现有的聚烯烃隔膜也存在一些缺点：
①
离子电导率低，电池内阻较大，不利于锂离子电池大倍率情况下的充放电；
②
机械强度低，抗穿刺能力差，易被刺穿造成电池正负极接触短路，形成热失控；
③
聚烯烃材料熔点很低，在电池存在热失控时隔膜容易发生破膜而加剧热失控，从而导致电池燃烧甚至爆炸；
④
比表面积较低，吸液保液能力较差。针对上述问题，目前主要的解决方案是在聚烯烃隔膜的单面或双面涂覆耐高温的陶瓷涂层，将隔膜闭孔温度提升至150℃，但是150℃的闭孔温度不能完全避免锂离子电池发生短路，而且电池依然存在自燃的隐患，需要进一步提高隔膜的耐热性能，减少隔膜的破膜风险，从而提高电池的安全性。因此，研制出高阻燃、高电解液浸润性、高离子电导率和高机械强度的锂离子电池隔膜便成为行业内共同追求的目标。<br/>
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高机械强度的锂离子电池隔膜及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种高机械强度的锂离子电池隔膜及其制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：制备TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒涂覆浆料：
[0007]S1：将NaHCO3与去离子水混合得到A溶液；将MnSO4·
H2O溶于去离子水中，搅拌加入(NH4)2SO4和无水乙醇得到B溶液；将A溶液缓慢倒入到B溶液中，密封反应，离心收集白色沉淀物并使用去离子水和无水乙醇交替洗涤至上清液为中性，真空干燥获得MnCO3微立方体模板；
[0008]S2：将MnCO3微立方体模板加入到无水乙醇中，搅拌加入氨水溶液，超声处理后加入钛酸四丁酯，水浴搅拌反应，离心、水洗至洗脱液为中性，真空干燥，将获得的粉末加入到稀盐酸中酸洗，过滤、洗涤、干燥得到TiO2中空多孔微盒。
[0009]S3：将TiO2中空多孔微盒分散在超纯水中，加入硫酸铝、尿素，放置于烘箱中加热反应得到沉淀物；抽滤洗涤得到滤饼；真空干燥后煅烧得到TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒；
[0010]S4：将分散剂、TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒、水、增稠剂、粘结剂、润湿剂混合搅拌，过滤除铁得到TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒涂覆浆料。
[0011]步骤2：将TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒涂覆浆料分步辊涂于基膜两侧，形成涂覆层，烘烤收卷即得所要制备的锂离子电池隔膜。
[0012]进一步的，S2中，酸洗时间为46～48h。
[0013]进一步的，S3中，煅烧方式为空气气氛下，以2℃/min的升温速率从25℃升温至120℃，恒温240～300min。
[0014]进一步的，S4中，涂覆层中各组分含量，按重量百分数计：0.3～0.9％分散剂、8～18％TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒、0.3～0.8％增稠剂、0.3～1.3％粘结剂、0.05～0.2％润湿剂、余料为水。
[0015]进一步的，S4中，分散剂为水解聚马来酸酐；增稠剂为羟甲基纤维素钠；粘接剂为COPNA树脂；润湿剂为硅醇类非离子表面活性剂。
[0016]进一步的，步骤2中，基膜为聚乙烯或聚丙烯隔膜，厚度为8～10μm；单层涂覆层厚度为3～4μm。
[0017]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术提供了一种高机械强度的锂离子电池隔膜及其制备方法，将制备的TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒涂覆浆料涂覆在隔膜表面，其中TiO2中空多孔微盒具有良好的耐高温和导热性能，选用TiO2中空多孔微盒作为涂覆材料添加至浆料组分中，有利于提高涂层的耐热性，从而改善隔膜的耐热性，大幅提升了隔膜的机械强度以及热收缩性能；TiO2中空多孔微盒还能增强材料的导电性能，有利于锂离子的快速迁移。Al(OH)3的阻燃效果源于Al(OH)3的结晶水受热分解吸热即形成的炭化层，当温度升高至分解温度时，Al(OH)3分解释放水蒸气，吸收潜热，冲淡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，同时分解生成氧化铝，氧化铝具有良好的耐高温和导热性能，可提高隔膜材料抵抗明火的能力；TiO2中空多孔微盒与Al(OH)3二者可以协同作用，进一步提高了隔膜的机械性能以及耐热性能。
具体实施方式
[0018]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]本专利技术中主要材料及其来源：分散剂为水解聚马来酸酐，来自聚星龙水处理有限公司，货号：JXL
‑
101；增稠剂为羟甲基纤维素钠(CAS号：9085
‑
26
‑
1)，来自源叶生物，货号：S14014；粘接剂COPNA树脂由本公司自制，制备方法参考专利CN202211448203.8公开的实施例4；润湿剂来自东莞市高斯进轻质建筑材料制造有限公司，型号：GSK
‑
588；聚烯烃隔膜由本公司自制，制备方法参考专利CN202010339196.2，所述聚烯烃为聚乙烯，厚度为9μm。
[0020]实施例1
[0021]MnCO3微立方体模板的制备：
[0022]首先，将0.018mol的NaHCO3溶于85mL去离子水中制成A溶液。将0.006mol的MnSO4·
H2O溶于85mL去离子水中，并在搅拌下加入0.013mol(NH4)2SO4，再加入13mL无水乙醇获得B溶液。待B溶液搅拌均匀后，在剧烈搅拌下，将A溶液缓慢倒入B溶液中。将烧杯密封，放入烘箱中反应一段时间。通过离心收集白色沉淀物并使用去离子水和无水乙醇交替洗涤，直至上清液为中性。最后，在60℃的条件下真空干燥8h，即获得MnCO3微立方体模板。
[0023]TiO2中空多孔微盒的制备：
[0024]在不断搅拌的条件下将上述制备的MnCO3微立方体模板0.3227g加入到126mL无水乙醇中，磁力搅拌50min，超声分散4.5h；加入0.61mL氨水溶液(质量浓度为26％)，进行超声处理(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高机械强度的锂离子电池隔膜，其特征在于：所述锂离子电池隔膜包括基膜、涂覆在基膜两面的涂覆层，涂覆层中含有TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒，所述TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒以TiO2中空多孔微盒为核、表面包覆Al(OH)3。2.根据权利要求1所述的一种高机械强度的锂离子电池隔膜，其特征在于：涂覆层包括TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒、分散剂、增稠剂、粘接剂、润湿剂和水。3.根据权利要求1所述的一种高机械强度的锂离子电池隔膜，其特征在于：涂覆层中各组分含量，按重量百分数计，0.3～0.9％分散剂、8～18％TiO2@Al(OH)3中空多孔微盒、0.3～0.8％增稠剂、0.3～1.3％粘结剂、0.05～0.2％润湿剂、余料为水。4.根据权利要求2所述的一种高机械强度的锂离子电池隔膜，其特征在于：分散剂为水解聚马来酸酐；增稠剂为羟甲基纤维素钠；粘接剂为COPNA树脂；润湿剂为硅醇类非离子表面活性剂中的任意一种。5.根据权利要求1所述的一种高机械强度的锂离子电池隔膜，其特征在于：基膜材质为聚丙烯、聚乙烯中的任意一种。6.一种高机械强度的锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：S1：将NaHCO3与去离子水混合得到A溶液；将MnSO4·
H2O溶于去离子水中，搅拌加入(NH4)2SO4和无水乙醇得到B溶液；将A溶液缓慢倒入到B溶液中，密封反应，离心收集白色沉淀物，使用去离子水和无水乙醇交替洗涤至中性，真空干燥获得MnCO3微立...

【专利技术属性】
技术研发人员：李帆，张立斌，赵海玉，
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：