一种核壳粒子Al2O3@PMMA粉体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种核壳粒子Al2O3@PMMA粉体及其制备方法。本发明专利技术要解决天然人工固态电解质层易碎、稳定性差、不均匀等问题，由于聚合物作为人工电解质层在高温条件下存在使用风险，这限制了聚合物作为人工电解质层在高温下的应用。本发明专利技术以纳米氧化铝和甲基丙烯酸甲酯为原料，通过种子乳液聚合在纳米氧化铝的外层包裹一层聚甲基丙烯酸甲酯，最后洗涤、离心、烘干得到Al2O3@PMMA粉体。本发明专利技术Al2O3@PMMA粉体不仅具备耐高温、高机械性能的核，还具备柔性、坚固和灵活的壳层。提高了人工电解质层的机械性能，并且能够均匀传输锂离子，抑制锂枝晶的生长，具有良好的离子传输性能，在锂金属电池等应用领域具有巨大的潜力。等应用领域具有巨大的潜力。等应用领域具有巨大的潜力。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳粒子Al2O3@PMMA粉体及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂金属电池隔膜填料领域；具体涉及一种核壳粒子Al2O3@PMMA粉体及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂金属具有高的理论容量(3860mAh g
‑1)以及低电位(与标准氢电极对比为
‑
3.04V)，这使其作为锂离子电池的负极，提供了高容量和低电化学势，以满足锂电池高能量密度的需求。然而在充放电过程中，锂离子在电池中的不均匀传输导致沉积的不均匀，形成了锂金属枝晶。枝晶状的锂使得体积膨胀，库伦效率低和电池寿命短，锂枝晶进一步生长会导致刺穿隔膜，引起火灾等安全隐患。锂金属电池的组成包括正极、负极、隔膜、电解液以及外壳等。而隔膜作为液态锂金属电池的重要组件，多孔隔膜起到隔绝正负极，避免短路，使锂离子在电解液中可以通过孔隙传导的作用。通过对隔膜的改性使其满足电池隔膜不同参数的要求。向聚合物中加入无机粉体提高了隔膜的机械性能、热性能和电化学性能。
[0003]目前，天然人工固态电解质层易碎、稳定性差、不均匀等问题，由于聚合物作为人工电解质层在高温条件下存在使用风险，这限制了聚合物作为人工电解质层在高温下的应用。
[0004]为了进一步提高薄膜的孔隙率、锂离子传输性能和机械性能，科研工作者们采用独特的核壳或者多层复合结构，进一步改善隔膜的综合性能。一方面高机械强度的核可以阻碍锂枝晶的生长，本专利技术采用柔性的壳可以隔绝核和锂离子发生反应，并且将核连接在一起形成纳米级别的孔隙，使得锂离子能够通过这些孔隙均匀传导。但是，目前原位聚合制备的PMMA/Al2O3纳米复合材料中填充物不超过5％。

技术实现思路

[0005]本专利技术采用种子乳液聚合，在分散的Al2O3中接枝上MMA，使得Al2O3上包裹上一层MMA，通过调节MMA的加入量可以调节包裹Al2O3的MMA壳层厚度。乳液聚合安全环保，低温下聚合，产物可直接作为填料加入到聚合物基体中，提高隔膜的锂离子传导性能。
[0006]本专利技术要解决天然人工固态电解质层易碎、稳定性差、不均匀等问题，由于聚合物作为人工电解质层在高温条件下存在使用风险，这限制了聚合物作为人工电解质层在高温下的应用，从而制备了一种新型的核壳粒子Al2O3@PMMA粉体。
[0007]为解决上述问题，本专利技术中核壳粒子Al2O3@PMMA粉体制备方法是按下述步骤进行的：
[0008]步骤一、将纳米氧化铝、甲基丙烯酸
‑
3(三甲氧基硅基)丙酯加到去离子水中，70℃
‑
80℃水浴下搅拌至少1h；
[0009]步骤二、再加入甲基丙烯酸甲酯，室温下搅拌至少1h；
[0010]步骤三、再加入十二酯烷基硫酸钠，室温下搅拌至少1h；
[0011]步骤四、再加入过硫酸钾，70℃
‑
80℃水浴下搅拌至少6h；
[0012]步骤五、然后洗涤，离心处理至少3次后烘干，得到核壳粒子Al2O3@PMMA粉体；
[0013]其中，所述纳米氧化铝呈片状。
[0014]进一步地限定，步骤一中，纳米氧化铝的粒径控制在30nm
‑
50nm，长径比为(8
‑
10)：5。
[0015]进一步地限定，步骤一中，将3g
‑
7g氧化铝、0.5g
‑
1.0g甲基丙烯酸
‑3‑
(三甲氧基硅基)丙酯溶于100mL
‑
160mL去离子水中。
[0016]进一步地限定，步骤二中，甲基丙烯酸甲酯的加入量为3g
‑
7g。
[0017]进一步地限定，步骤三中，十二酯烷基硫酸钠的加入量为0.5g
‑
1.0g。
[0018]进一步地限定，步骤四中，过硫酸钾的加入量为0.2g
‑
0.6g。
[0019]进一步地限定，步骤五中，用体积浓度为95％的乙醇溶液洗涤1次
‑
3次。
[0020]进一步地限定，步骤五中，离心速率为4000r/min
‑
8000r/min；
[0021]进一步地限定，步骤五中，烘干温度为60℃
‑
100℃。
[0022]一种上述任意方法制备的核壳粒子Al2O3@PMMA粉体。
[0023]一种锂金属电池隔膜以上述任意方法制备核壳粒子Al2O3@PMMA粉体作为填料。
[0024]本专利技术方法将片层的纳米氧化铝与聚甲基丙烯酸复合，通过引入耐高温，高机械性能的纳米氧化铝作为核，并用聚甲基丙烯酸甲酯将他们粘附在一起，形成柔性的壳层，同时保护纳米氧化铝不与锂反应，制备了新型核壳粒子Al2O3@PMMA粉体。本专利技术方法制备的核壳粒子Al2O3@PMMA粉体在提高聚合物耐温性的同时，还提高了聚合物的机械性能。
[0025]本专利技术制备的核壳粒子Al2O3@PMMA粉体加入聚合物基体中应用于锂金属电池薄膜中，能有效的促进锂离子均匀传输，抑制锂金属枝晶生长，进而提高电池的循环稳定性和寿命。
[0026]将核壳粒子Al2O3@PMMA作为填料加入聚合物基体中作为电池隔膜，组装的全电池具有循环稳定性，高库伦效率和长寿命。
[0027]本专利技术中PMMA将氧化铝包裹在内部，但PMMA形成的网络中仍有孔隙便于锂离子的传输。本专利技术片状氧化铝与聚合物接触形成网络。并且采用30nm粒径的氧化铝包裹的PMMA更均匀。
[0028]为了能够更进一步了解本专利技术的特征及
技术实现思路
，请参阅以下有关本专利技术详细说明与附图，然而所附的附图仅提供参考和说明之用，并非用来对本专利技术加以限制。
附图说明
[0029]图1是实施例4和实例9所述方法制备的Al2O3@PMMA粉体的透射电镜图；左图——实施例4，右图——实施例9；
[0030]图2是实施例4所述方法制备的Al2O3@PMMA粉体的红外透过光谱图；
[0031]图3为实施例4加入聚合物基体PVDF中制备的薄膜进行的力学性能；
[0032]图4为实施例4加入聚合物基体PVDF中制备的薄膜并组装成电池进行的电化学测试。
具体实施方式
[0033]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术
而不用于限制本专利技术的范围。
[0034]下述实施例氧化铝为麦克林生产的，商品型号为A800193，呈片状，长径比约为8：5。
[0035]实施例1：本实施例中核壳粒子Al2O3@PMMA粉体的制备方法是按下述步骤进行的：
[0036]步骤一、将3g氧化铝、0.5g甲基丙烯酸
‑3‑
(三甲氧基硅基)丙酯加入到100ml去离子水中，70℃水浴下搅拌；
[0037]步骤二、然后加入7g甲基丙烯酸甲酯，室温下搅拌1h；
[0038]步骤三、再加入0.5g十二酯烷基硫酸钠，室温下搅拌1h；
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳粒子Al2O3@PMMA粉体的制备方法，其特征在于所述制备方法是按下述步骤进行的：步骤一、将纳米氧化铝、甲基丙烯酸
‑
3(三甲氧基硅基)丙酯加到去离子水中，70℃
‑
80℃水浴下搅拌至少1h；步骤二、再加入甲基丙烯酸甲酯，室温下搅拌至少1h；步骤三、再加入十二酯烷基硫酸钠，室温下搅拌至少1h；步骤四、再加入过硫酸钾，70℃
‑
80℃水浴下搅拌至少6h；步骤五、然后洗涤，离心处理至少3次后烘干，得到核壳粒子Al2O3@PMMA粉体；其中，所述纳米氧化铝呈片状。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中，纳米氧化铝的粒径控制在30nm
‑
50nm，长径比为(8
‑
10)：5。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一中将3g
‑
7g纳米氧化铝、0.5g
‑
1.0g甲基丙烯酸
‑3‑
(三甲氧基硅基)丙酯加到100mL
...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁凌，张梦竹，刘晋明，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：