一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜及其制备方法，包括以下步骤：步骤1：将功能化BNNS纳米片、Mg(OH)2粉末搅拌分散在水中，均质化，得到涂覆浆料；步骤2：将涂覆浆料涂覆在基膜上，干燥；得到隔膜A；步骤3；将隔膜A浸渍在聚多巴胺溶液中，洗涤干燥；得到涂覆隔膜。(1)功能化BNNS纳米片与Mg(OH)2之间的协同作用，显著提高了涂覆隔膜的离子传输速率、阻燃性能、耐热性。(2)多巴胺和单宁酸的修饰，增加了涂覆层的亲水性，大大提升了离子传导速率和离子传导率，有效抑制电池中锂枝晶的生长；同时提高了功能化BNNS纳米片与Mg(OH)2与基膜之间的粘附性。基膜之间的粘附性。

【技术实现步骤摘要】
一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池隔膜
，具体为一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会对能源需求量快速增长和传统不可再生能源的日益枯竭，新能源行业发展受到全世界的关注。其中，以锂离子电池为代表的具有高能量密度的二次电池作为能量储存和转换关键器件而被广泛应用。随着电池能量越来越高，循环次数越来越多，同样也对电池的安全性能提出了更高的要求，而隔膜作为锂离子电池的主要组成部件之一对电池的安全性能起重要作用。
[0003]隔膜位于正极、负极之间，主要作用是隔开正负极，避免电池内部短路，同时提供锂离子通道，在电池充放电过程中，使锂离子通过。电池充放电过程中，隔膜和极片之间容易出现缝隙，从而导致电池循环性能下降，甚至在缝隙处产生析锂，导致电池内短路；隔膜大多为聚烯烃材料，其熔点很低，在电池存在热失控时隔膜容易发生破膜而导致热失控更加严重，从而导致电池燃烧甚至爆炸。目前市场主要提供耐高温的陶瓷涂层隔膜，可以延迟隔膜闭孔至150℃，但是150℃的闭孔温度不能完全避免锂电池在高温下短路及其引发的自燃，因此，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。另外，锂枝晶的形成也会刺穿隔膜导致锂离子电池内部短接，造成电池的热失控引发燃烧爆炸，对锂电池的安全性和稳定性有很大的影响。因此，为了更好的发展锂电新能源，提高电池隔膜的阻燃性能和抑制锂枝晶生长的需求是十分迫切的。
[0004]综上，解决上述问题，制备一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。所制备的涂覆隔膜具有优异的阻燃性能，同时具有较高的离子传输速率、高的电解液摄取量，可以有效抑制电池中锂枝晶的生长。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1：将功能化BNNS纳米片、Mg(OH)2粉末搅拌分散在水中，均质化，得到涂覆浆料；
[0009]步骤2：将涂覆浆料涂覆在基膜上，干燥；得到隔膜A；
[0010]步骤3；将隔膜A浸渍在聚多巴胺溶液中，洗涤干燥；得到涂覆隔膜。
[0011]较为优化地，步骤1中，所述Mg(OH)2粉末是硬脂酸改性的Mg(OH)2粉体；所述涂覆浆料的D90<2.0μm。
[0012]较为优化地，步骤1中，所述涂覆浆料的原材料包括以下组分：按重量计，40～70份超纯水、0.3～1.5份分散剂、10～20份功能化BNNS纳米片、20～40份Mg(OH)2粉末、2～8 份
增稠剂、2～7份粘结剂、0.3～0.6份润湿剂。
[0013]较为优化地，所述功能化BNNS纳米片的制备方法为：将3
‑
氨丙基
‑3‑
乙氧基硅烷分散在无水乙醇中，设置温度为58～65℃水解25～40分钟；加入BNNS纳米片，设置温度为 78～85℃搅拌6～7小时，冷却过滤，洗涤干燥，得到功能化BNNS纳米片。
[0014]较为优化地，所述3
‑
氨丙基
‑3‑
乙氧基硅烷的加入量占BNNS纳米片的3％。
[0015]较为优化地，所述BNNS纳米片的制备方法为：将六方氮化硼粉末超声分散在体积比为1:1的乙醇
‑
水混合溶剂中，设置超声功率为180W，超声时间为12小时；离心过滤，将上清液干燥，得到BNNS纳米片。
[0016]较为优化地，步骤3中，所述聚多巴胺溶液的制备方法为，将聚多巴胺超声分散在体积比为1:1的甲醇
‑
缓冲溶液的共溶剂中，得到聚多巴胺溶液；缓冲溶液为pH＝8.5的三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液。
[0017]较为优化地，将基膜进行预处理：将基膜浸渍在单宁酸水溶液中10～15分钟，转移至高碘酸钠水溶液中浸渍5～8分钟；循环1～2次。
[0018]较为优化地，所述单宁酸水溶液的浓度为1.8～2.2mg/L；高碘酸钠水溶液的浓度为 0.1～0.12mmol/L。
[0019]与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：
[0020](1)涂覆浆料中，使用硬脂酸修饰的Mg(OH)2粉末，该类型的粉末在浆料中分散性能好；同时，Mg(OH)2粉末表面的硬脂酸水解后产生的阴离子，可以与功能化BNNS纳米片表面氨基水解产生的阳离子产生静电作用，以此，增加了Mg(OH)2粉末与功能化BNNS 纳米片在涂覆浆料中的稳定性，从而达到隔膜涂覆浆料的标准。
[0021](2)涂覆后产生的BNNS/Mg(OH)2复合涂覆隔膜，由于其中氮化硼纳米颗粒熔点高达3000℃，具有良好的耐高温性和导热性，从而使得涂覆隔膜大幅度提高了高耐热性，提高了电池安全性。
[0022](3)涂覆隔膜的阻燃性：涂覆层中含有Mg(OH)2，其的结晶水受热分解形成炭化层。 Mg(OH)2的初始热分解温度在300℃，当温度升到分解温度时，其释放水蒸气，吸收潜热，稀释了燃烧物表面的氧气和可燃气体浓度，从而阻断表面燃烧；而炭化层可以减少氧气含量的进入；同时分解生成的氧化镁是良好的耐火材料，提高了材料抗明火的能力。以此，产生高阻燃性。
[0023](4)涂覆层中，功能化BNNS纳米片上的氨基与Mg(OH)2粉末表面修饰的硬脂酸，在50～60℃下会发生脱水缩合反应，因此干燥过程中，两者反应产生酯键，使得连接更紧密，增强了涂覆隔膜的机械强度；同时酯键交联，形成了BNNS/Mg(OH)2，两种物质间产生协同作用，进一步提高了隔膜的耐高温性和阻燃性。
[0024](5)功能化BNNS纳米片表面修饰的大量的游离氨基基团，提高离子传导速率，提高离子传导率。且由于粉末状Mg(OH)2以及Mg(OH)2表面长链状的硬脂酸，增加了BNNS 纳米片之间的层间距，从而增加了涂覆层的孔隙，增加了离子迁移通道，进一步提高了离子传导率。
[0025](6)由于干燥过程中BNNS/Mg(OH)2间形成的酯基，降低了氨基和羧基的丰度，以及硬脂酸长链的作用，使得亲水性降低，因此，为进一步提高涂覆隔膜的亲水性，同时进一步提高BNNS/Mg(OH)2与基膜的粘结力，方案中，进一步涂覆了聚多巴胺层。
[0026]该层的设置，使得表面亲水增加，提高了电解质的摄取量，增强了吸收能力，促进了锂金属区域循环过程中均匀分布的锂离子通量，从而减少了锂枝晶的生长；同时，修饰的多巴胺修饰的隔膜进一步增加了氨基基团，大大提升了离子传导速率和离子传导率，并具有良好的离子传输均匀性。
[0027](7)虽然隔膜表面的亲水性增加，但是基膜和涂料间的亲水性并未增加，涂料较厚时，电解质通道长度增加，疏水性阻力上升；为提高离子通过隔膜的速率，方案中对基膜进行预处理，相当于在基膜和涂料间设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：将功能化BNNS纳米片、Mg(OH)2粉末搅拌分散在水中，均质化，得到涂覆浆料；步骤2：将涂覆浆料涂覆在基膜上，干燥；得到隔膜A；步骤3；将隔膜A浸渍在聚多巴胺溶液中，洗涤干燥；得到涂覆隔膜。2.根据权利要求1所述的一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述Mg(OH)2粉末是硬脂酸改性的Mg(OH)2粉体；所述涂覆浆料的D90<2.0μm。3.根据权利要求1所述的一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：步骤1中，所述涂覆浆料的原材料包括以下组分：按重量计，40～70份超纯水、0.3～1.5份分散剂、10～20份功能化BNNS纳米片、20～40份Mg(OH)2粉末、2～8份增稠剂、2～7份粘结剂、0.3～0.6份润湿剂。4.根据权利要求1所述的一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜的制备方法，其特征在于：所述功能化BNNS纳米片的制备方法为：将3
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氨丙基
‑3‑
乙氧基硅烷分散在无水乙醇中，设置温度为58～65℃水解25～40分钟；加入BNNS纳米片，设置温度为78～85℃搅拌6～7小时，冷却过滤，洗涤干燥，得到功能化BNNS纳米片。5.根据权利要求4所述的一种高阻燃和抑锂枝晶生长的涂覆隔膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘美林，张立斌，陈朝晖，
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：