一种缺氧型钛铌氧涂覆隔膜的制备方法技术

本发明专利技术主要涉及锂离子电池相关技术领域，涉及到的是一种可充电二次电池的高安全性改性隔膜，具体是涉及一种经改性得到的缺氧型钛铌氧化涂覆隔膜及其制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种缺氧型钛铌氧涂覆隔膜的制备方法


[0001]本专利技术主要涉及锂离子电池相关
，涉及到的是一种可充电二次电池的高安全性改性隔膜，具体是涉及一种经改性得到的缺氧型钛铌氧化涂覆隔膜及其制备方法
。

技术介绍

[0002]在人类历史发展的长河中，能源及工业的变革成为一次次改变社会发展的中坚力量
。
随着现代生产生活快速发展的需要，化石燃料
(
煤
、
石油
、
天然气等
)
等传统能源远远不能满足人类的需求，并造成温室效应
、
酸雨等
。
环境污染不仅危害人类健康，还破坏经济资源和生态平衡
。
为解决能源问题，风能
、
太阳能
、
潮汐能和地热能的研究和成果激增，但上述可持续能源的间歇性和不可控性无法满足大规模应用
。
锂离子电池作为一种清洁和高效的能源存储和转换设备，被广泛应用在便携式电子产品
、
电动汽车
、
能源储存等等各个领域
。
由于其锂金属电池具有超高的理论比容量和极低的电化学电位，是下一代储能器件的最佳候选者之一
。
优异的性能引起了人们的广泛关注
。
近年来，
LIBs
的上述诱人特性促进了其在电动汽车
、
电子产品
、
机器人电源
、
军用电源
、
应急电源
、
军备电源
、
风能存储和太阳能存储等应用中的广泛应用
。
[0003]锂离子电池的结构主要由正极
、
负极
、
电解液和隔膜四部分组成，在充电过程中，锂离子
(Li
+
)
从正极脱嵌，通过电解液和隔膜嵌入到负极，放电时这个过程反过来
。
隔膜作为锂离子电池中间层的关键组件，它为
Li
+
转移提供通道，避免了正极和负极之间的直接接触
。
关于锂离子电池的隔膜操作标准包括厚度控制在5‑
30
μ
m、
均匀的孔径
(<1
μ
m)、
对于电解液吸收率极高
、
优异的渗透性
、
强劲的拉伸力学性能强度，高热稳定性
(
在
90℃
下
60min
后收缩
<5
％
)
，优异的尺寸稳定性，化学稳定性和电化学稳定性
。
在对隔膜的要求中，隔膜的机械性能主要表现为纵向
(MD)
和横向
(TD)
的抗拉强度，隔膜的特性与锂离子全电池的内阻
、
循环性能
、
倍率性能
、
安全性和商业前景密切相关
。
[0004]聚烯烃隔膜
(
聚乙烯
(PE)、
聚丙烯
(PP))
由于其电化学稳定性，已广泛应用于商用锂离子电池中
。
然而，商用聚烯烃隔膜热稳定性差
、
润湿性弱，无法满足日益增长的能源需求
。
当
LIBs
在恶劣环境中工作时，隔膜会经历热收缩，这会导致短路，并由于
LIBs
的可燃性可能会导致火灾的发生
。
另外，聚烯烃隔膜的电解液吸收性能差，隔膜孔内电解液未完全填充，导致离子通道堵塞，从而使正极和负极之间
Li
+
运输不均匀
。
因此，聚烯烃隔膜与正负电极的相容性较差
。
此外，较差的界面容易形成不稳定的固体电解质层
(SEI)
，并伴有不均匀的锂枝晶生长，不均匀的锂枝晶刺穿隔膜，造成安全隐患
。
近年来，聚偏氟乙烯
(PVDF)
等聚合物因其优越的润湿性而受到广泛关注
。
然而，它们的热稳定性和机械强度仍不能满足商业需求
。
[0005]为了解决上述问题，有机无机复合隔膜被提出，与商用聚烯烃隔膜或单组分聚合物隔膜相比，复合隔膜有许多优点
。
复合隔膜常用的材料主要是具有高熔点和机械性能的氧化物或氮化物
、
具有高拉伸强度和高分解温度的聚合物或其组合物
。
复合隔膜的润湿性
、
电解质吸收
、
力学性能
、
热稳定性
、
阻燃性和离子导电性得到了显著改善
。
然而，复合隔膜也
有一些缺点
。
例如，隔膜厚度较厚，孔隙结构不理想，电池内阻增大
。
因为无机材料会堵塞聚合物隔膜的孔隙，降低了
LIBs
的离子导电性
。
针对目前的问题，如果可以使用一种多孔的无机材料制备出一种既能提升电池的安全性能，又可以提升电池的电化学性能的隔膜，将有可能解决隔膜在实际应用中的问题
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是通过制备一种缺氧型钛铌氧氧化物改性隔膜，在满足利用钛铌氧材料的晶体结构非常有利于
Li+
的嵌入和脱出，提升隔膜对电解液的浸润性能，改善隔膜对于锂离子迁移数
,
同时提升隔膜的热稳定性，减少隔膜的热收缩率
。
本专利技术的目的之二是通过在氩气气氛中煅烧制备缺氧型钛铌氧氧化物，提升氧空位，有效改善其导电性，引入更大的比表面积，电解液润湿性进一步提高，抑制枝晶生长，从而提升电池的电化学性能
。
[0007]本专利技术提供了一种缺氧型钛铌氧氧化物涂覆隔膜的制备方法，具体包括如下步骤：
[0008]步骤1：采用溶热法制备缺氧型钛铌氧氧化物微球；
[0009]1)
量取一定量的无水乙醇，将无水乙醇转移到烧杯中，将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，利用搅拌器充分搅拌，并在搅拌下密封保存
4h
‑
8h
；
[0010]2)
按照
Ti
与
Nb
摩尔比为
1:2
的比例，在搅拌下将
NbCl5加入步骤
1)
得到的溶液中，冷却至室温，直到
NbCl5充分溶解，在搅拌过程中采用保鲜膜全程封闭烧杯口，将溶液与空气隔绝开；
[0011]3)
将混合后的溶液转移至特氟龙反应釜中，套上钢罐，放入干燥箱中，干燥箱提前升温至
140
‑
200℃
，反应釜放入后保温
20
‑
30h
，冷却后将得到的乳白色的前驱体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种缺氧型钛铌氧氧化物涂覆隔膜的制备方法，其特征在于该方法具体包括如下步骤：步骤1：采用溶热法制备缺氧型钛铌氧氧化物微球；
1)
量取一定量的无水乙醇，将无水乙醇转移到烧杯中，将钛酸四丁酯溶于无水乙醇中，利用搅拌器充分搅拌，并在搅拌下密封保存
4h
‑
8h
；
2)
按照
Ti
与
Nb
摩尔比为
1:2
的比例，在搅拌下将
NbCl5
加入步骤
1)
得到的溶液中，冷却至室温，直到
NbCl5充分溶解，在搅拌过程中采用保鲜膜全程封闭烧杯口，将溶液与空气隔绝开；
3)
将混合后的溶液转移至特氟龙反应釜中，套上钢罐，放入干燥箱中，干燥箱提前升温至
140
‑
200℃
，反应釜放入后保温
20
‑
30h
，冷却后将得到的乳白色的前驱体通过离心的方式进行分离，并用去离子水和无水乙醇交替清洗三次以上，得到钛铌氧氧化物
TiNb2O7前驱体粉末；
4)
将得到的
TiNb2O7前驱体粉末放入真空干燥箱中干燥，将干燥后的
TiNb2O7前驱体转移到氧化铝坩埚中，放内管式炉中进行煅烧，煅烧时间为5‑
8h
，煅烧温度设置为
800
‑
1000℃
，升温速度设置为每分钟5‑
20℃
，煅烧过程在氩气或氮气气氛下进行，将煅烧后得到的缺氧型钛铌氧微球样品收集封装；步骤2：制备缺氧型钛铌氧隔膜；将质量比为
10
：1～1：1的缺氧型钛铌氧微球与粘结剂溶解在适量的溶剂中配制成浆料，搅拌8～
10h
使浆料混合均匀，使用刮刀控制速度
10
～
30m/min
将浆料涂覆到隔膜上，在真空干燥箱中
60
～
80℃
干燥6～
8h
得到缺氧型钛铌氧涂覆的隔膜
。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤
1)
中无水乙醇称取的量为
30
～
100ml。3.
根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘瑞平，周涛涛，汤文皞，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：