一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜及制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池领域，公开了一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜及制备方法。包括如下制备过程：（1）将氯化钙与聚烯烃混合熔融静电纺丝，制得聚烯烃微孔膜；（2）将硅酸、氢氧化铝胶体、分散剂混合制成溶胶液；（3）将溶胶液与聚烯烃微孔膜复合，制得动力锂电池稳定型无机有机隔膜。本发明专利技术制得的隔膜与传统锂电池隔膜相比，通过于预先在聚烯烃纤维中预制钙离子，在聚烯烃纤维形成的隔膜表面以高压冲击气溶胶，利用溶胶液在聚烯烃微孔膜的微孔中穿透，有效保证微孔不被堵塞，同时隔膜微孔稳定不变形、包覆层不脱落。

【技术实现步骤摘要】
一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜及制备方法
本专利技术涉及锂电池领域，公开了一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜及制备方法。
技术介绍
锂离子二次电池由于具有较高能量密度、较长寿命以及组成材料的环境友好等特点，目前被广泛用作电子设备的移动电源等领域，并被业界普遍公认为可作为未来新能源汽车的能量载体，具有非常广阔的应用前景和经济价值。近年来，随着新能源汽车的发展，锂离子电池产业取得了较大发展。在锂离子电池中的隔膜材料是为了防止电池正极与负极直接接触发生短路而设置的，但是由于电极材料本身的特点所致，较易在电极表面形成金属锂的枝晶，这些枝晶容易将隔膜刺穿，从而引起电池短路失效，甚至爆炸事故。所以电池隔膜是电池安全的关键，特别是对于动力电池等应用领域，充放电电流大，更易产生事故，对隔膜的要求就更高。目前商用锂离子电池隔膜主要有聚乙烯（PE）、聚丙烯单层隔膜（PP）。但是聚烯烃隔膜受热时易收缩，正负极直接接触会导致锂离子电池短路，高温时容易破膜，造成锂离子电池解体或爆炸。为了克服以上问题，采用聚烯烃隔膜表面陶瓷涂布技术，形成聚烯烃陶瓷隔膜已成为行业内常规技术。中国专利技术专利申请号201711012596.7公开了一种锂电池用有机无机复合隔膜、制备方法及包含所述隔膜的锂电池，包括有中间的无机陶瓷层以及其两侧的有机层，有机层的原料中包括有按重量份计的如下组分：聚烯烃45~50份、石墨烯改性聚丙烯酸纤维12~18份、表面活性剂2~4份、抗氧化剂0.5~3份、润滑剂0.5~3份、填料2.5~6份、第一溶剂18~35份；无机陶瓷层的原料中包括有按重量份计的如下组分：离子液体正电改性的颗粒25~40份、纳米氧化铝颗粒15~18份、粘合剂12~15份、非离子表面活性2~4份、第二溶剂15~24份。该专利技术提供的锂电池采用了有机无机复合隔膜结构，具有耐高温性能好、强度高的优点。中国专利技术专利申请号201711107203.0公开了一种锂电池用有机无机复合隔膜及制备方法，包括有中间的无机陶瓷层以及其两侧的有机层，有机层的原料中包括有如下组分：聚烯烃、非共轭烯烃共聚物、表面活性剂、抗氧化剂、润滑剂、填料、第一溶剂；无机陶瓷层的原料中包括有按重量份计的如下组分：氧化铝/氧化锆/二维纳米碳化钛复合颗粒、纳米氧化铝颗粒、粘合剂、非离子表面活性、第二溶剂。采用该专利技术提供的有机无机复合隔膜的锂电池，具有耐高温性能好、强度高的优点。根据上述，现有方案中用于锂电池的聚烯烃陶瓷隔膜大都以氧化铝、氧化锆陶瓷颗粒进行涂层，但容易堵塞孔隙，从而阻断锂离子传导通道，而且陶瓷涂层存在脱落的缺陷。
技术实现思路
目前应用较广的锂电池聚烯烃陶瓷隔膜的陶瓷涂层存在易堵塞微孔的缺陷，导致隔膜稳定性差，易脱落，影响了隔膜的使用性和安全性。为解决上述问题，本专利技术采用以下技术方案：一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜的制备方法，制备的具体过程为：（1）将氯化钙分散于聚烯烃中，进行熔融静电纺丝，制得聚烯烃微孔膜；（2）将硅酸、氢氧化铝胶体、分散剂混合均匀，形成胶体，利用气溶胶发生装置的高压使胶体形成溶胶液；（3）在载气的带动下，步骤（2）制得的溶胶液在聚烯烃微孔膜的微孔中穿透，并沿微孔道固化，在保持微孔的同时，硅酸与氯化钙形成硅酸钙膜，牢固包覆于聚烯烃微孔膜的纤维表面，制得动力锂电池稳定型无机有机隔膜。优选的，步骤（1）所述聚烯烃为聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚醋酸乙烯酯中的至少一种。优选的，步骤（1）中，氯化钙10~20重量份、聚烯烃80~90重量份。优选的，步骤（1）所述熔融静电纺丝的电压为3~6kV，接收距离为10~20cm，纺丝孔直径为20~100μm。优选的，步骤（2）所述分散剂为硬脂酸钠、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钾中的至少一种。优选的，步骤（2）中，硅酸30~40重量份、氢氧化铝胶体55~67重量份、分散剂3~5重量份。氢氧化铝胶体的质量浓度为10%。优选的，步骤（2）所述高压的压力为8~10MPa，施压时间为3~5min。优选的，步骤（3）所述载气为二氧化碳、氮气、氦气、氩气中的一种。优选的，步骤（3）所述载气的流速为5~10L/min。由上述方法制备得到的一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜，将氯化钙分散于聚烯烃，利用熔融静电纺丝制备聚烯烃微孔膜；将硅酸与氢氧化铝胶体、分散剂形成胶体，利用气溶胶发生装置的高压使胶体形成溶胶液；在载气的带动下，溶胶液在聚烯烃微孔膜的微孔中穿透，沿微孔道固化，在保持微孔的同时，硅酸与氯化钙形成硅酸钙膜，牢固包覆于聚烯烃微孔膜的纤维表面即可。本专利技术提供了一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1、提出了采用高压冲击溶胶液制备动力锂电池稳定型无机有机隔膜的方法。2、通过于预先在聚烯烃纤维中预制钙离子，在聚烯烃纤维形成的隔膜表面以高压冲击气溶胶，利用溶胶液在聚烯烃微孔膜的微孔中穿透，有效保证微孔不被堵塞。3、本专利技术利用硅酸与纤维中该离子形成硅酸钙，牢固附着纤维，赋予纤维良好的耐热变性，从而得到的隔膜微孔稳定不变形、包覆层不脱落。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本专利技术的范围内。实施例1（1）将氯化钙分散于聚烯烃中，进行熔融静电纺丝，制得聚烯烃微孔膜；聚烯烃为聚丙烯；熔融静电纺丝的电压为4kV，接收距离为12cm，纺丝孔平均直径为30μm；其中，氯化钙12重量份、聚烯烃88重量份；（2）将硅酸、氢氧化铝胶体、分散剂混合形成胶体，利用气溶胶发生装置的高压使胶体形成溶胶液；分散剂为硬脂酸钠；其中，硅酸33重量份、氢氧化铝胶体64重量份、分散剂3重量份；氢氧化铝胶体的质量浓度为10%。（3）在载气的带动下，溶胶液在聚烯烃微孔膜的微孔中穿透，沿微孔道固化，在保持微孔的同时，硅酸与氯化钙形成硅酸钙膜，牢固包覆于聚烯烃微孔膜的纤维表面，制得动力锂电池稳定型无机有机隔膜；高压的压力为8.5MPa，施压时间为5min；载气为二氧化碳；载气的流速为6L/min。实施例1制得的锂电池隔膜，其热稳定试验的涂层保留率及孔隙率如表1所示。实施例2（1）将氯化钙分散于聚烯烃中，进行熔融静电纺丝，制得聚烯烃微孔膜；聚烯烃为聚乙烯醇；熔融静电纺丝的电压为5kV，接收距离为18cm，纺丝孔平均直径为80μm；其中，氯化钙17重量份、聚烯烃83重量份；（2）将硅酸、氢氧化铝胶体、分散剂混合形成胶体，利用气溶胶发生装置的高压使胶体形成溶胶液；分散剂为硬脂酸钙；其中，硅酸37重量份、氢氧化铝胶体58重量份、分散剂5重量份；氢氧化铝胶体的质量浓度为10%。（3）在载气的带动下，溶胶液在聚烯烃微孔膜的微孔中穿透，沿微孔道固化，在保持微孔的同时，硅酸与氯化钙形成硅酸钙膜，牢固包覆于聚烯烃微孔膜的纤维表面，制得动力锂电池稳定型无机有机隔膜；高压的压力为9.5MPa，施压时间为3.5min；载气为氮气；载气的流速为9L/min。实施例2制得的锂电池隔膜，其热稳定试验的涂层保留率及孔隙率如表1所示。实施例3（1）将氯化钙分散于聚烯烃中，进行熔融静电纺丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：（1）将氯化钙分散于聚烯烃中，进行熔融静电纺丝，制得聚烯烃微孔膜；（2）将硅酸、氢氧化铝胶体、分散剂混合均匀，形成胶体，利用气溶胶发生装置的高压使胶体形成溶胶液；（3）在载气的带动下，步骤（2）制得的溶胶液在聚烯烃微孔膜的微孔中穿透，并沿微孔道固化，在保持微孔的同时，硅酸与氯化钙形成硅酸钙膜，牢固包覆于聚烯烃微孔膜的纤维表面，制得动力锂电池稳定型无机有机隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜的制备方法，其特征在于，制备的具体过程为：（1）将氯化钙分散于聚烯烃中，进行熔融静电纺丝，制得聚烯烃微孔膜；（2）将硅酸、氢氧化铝胶体、分散剂混合均匀，形成胶体，利用气溶胶发生装置的高压使胶体形成溶胶液；（3）在载气的带动下，步骤（2）制得的溶胶液在聚烯烃微孔膜的微孔中穿透，并沿微孔道固化，在保持微孔的同时，硅酸与氯化钙形成硅酸钙膜，牢固包覆于聚烯烃微孔膜的纤维表面，制得动力锂电池稳定型无机有机隔膜。2.根据权利要求1所述一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述聚烯烃为聚丙烯、聚丙烯中的至少一种。3.根据权利要求1所述一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，氯化钙10~20重量份、聚烯烃80~90重量份。4.根据权利要求1所述一种动力锂电池稳定型无机有机隔膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述熔融静电纺丝的电压为3~6kV，接收距离为10~20cm，纺丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，曾军堂，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51