一种钠离子电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钠离子电池成膜及其制备方法，包含三层结构，所述三层结构具体材料如下所示：第一层基膜：钠电多孔隔膜基膜；第二层绝缘热稳陶瓷涂层：陶瓷涂层物质10wt％

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子电池隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电池制备
，具体涉及到一种钠离子电池隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]钠离子电池作为未来可替代锂离子电池的预备选项，因具有高存储量，低成本，产业链与锂离子电池相兼容等优点，得到迅速发展。然而由于钠离子的半径较大，导致钠离子在隔膜以及电解液中穿梭较为困难，同时在电池正负极之间难以脱嵌，这对钠离子电池隔膜提出了很高的挑战。目前常见的钠离子电池隔膜包括聚合物膜，无机材料与聚合物复合多层膜，纤维隔膜等三大类。聚合物膜强度高，电化学稳定性强，但是热稳定性较差；无机材料与聚合物复合多层膜热稳定性好，然而阻抗偏大。纤维隔膜电化学稳定性较好，但生产加工复杂，耐腐蚀性差。因此普通的商业隔膜难以直接应用于钠离子电池，需要对商业隔膜进行涂层改善。

技术实现思路

[0003]基于上述
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出了一种钠离子电池隔膜，其特征在于：包含三层结构，所述三层结构具体材料如下所示：
[0004]第一层基膜：钠电多孔隔膜基膜；
[0005]第二层绝缘热稳陶瓷涂层：陶瓷涂层物质10wt％
‑
95wt％，聚合物粘结剂5wt％
‑
90wt％；
[0006]第三层活性物质层：正极/负极活性物质60wt％
‑
90wt％，聚合物粘结剂5wt％
‑
30wt％，导电剂5wt％
‑
10wt％。
[0007]优选地，所述第一层基膜为聚丙烯、聚乙烯、双层PP/PE、三层PP/PE/PP复合膜、硝酸纤维素膜、醋酸纤维素膜、聚酰胺膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯膜、热塑性聚酰亚胺、热固性聚酰亚胺、聚酰胺
‑
酰亚胺，聚醚亚胺、纤维玻璃膜中的一种或一种以上的任意组合。
[0008]优选地，所述陶瓷涂层材料为氧化铝、勃姆石、二氧化硅、芳纶纤维中的一种或一种以上的任意组合。
[0009]优选地，所述聚合物粘结剂为聚偏氟乙烯基聚合物、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素、聚苯乙烯
‑
丁二烯共聚物、丙烯酸酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚双甲氧基乙氧基乙醇盐
‑
磷腈、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、以及聚偏二氟乙烯
‑
六氟丙烯及这些材料的化学衍生物、共聚物和共混物中的一种或一种以上的任意组合。
[0010]优选地，所述正极活性物质为磷酸矾钠、磷酸铁钠、锰酸钠以及它们的混合物、掺杂物和衍生物中的一种或一种以上的任意组合。
[0011]优选地，所述负极活性物质为石墨、软碳、硬碳、石墨烯、硅粉、硅碳和硅氧材料以及它们的混合物、掺杂物和衍生物中的一种或一种以上的任意组合。
[0012]优选地，所述导电剂为乙炔黑、350G、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、石墨导电剂、石墨
烯、Super P、VGCF、CNTs中的一种或一种以上的任意组合。
[0013]优选地，一种钠离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0014]第一层基膜：
[0015](1)第一层基膜选定选择商业钠离子电池隔膜或其他隔膜；
[0016]第二层绝缘热稳陶瓷涂层：
[0017](1)选取一定量的溶剂，进行预加热处理，并选取5～90份质量的聚合物粘结剂，控制聚合物粘结剂与溶剂的比例为1g：2.5ml～1g:4ml；
[0018](2)将聚合物粘结剂加入到溶剂中，以300转/分钟的速度搅拌60分钟形成均匀的浆料；
[0019](3)选取10～95份质量的陶瓷涂层物质加入上述浆料中，以500转/分钟的速度搅拌24小时形成均匀的浆料；
[0020](4)将步骤(3)制备的浆料涂覆在基膜的一侧，涂覆方法为机器自动涂覆，设置涂覆速度为3～5mm/s。同时也可以选择其他涂覆方法。
[0021](5)将步骤(4)中制备的复合隔膜放置真空烘干箱真空烘干24小时，设置烘箱温度为60～80℃，真空烘干后，控制绝缘热稳陶瓷涂层厚度为2微米，误差不超过5％；
[0022]第三层活性物质层：
[0023](1)选取一定量的溶剂，进行预加热处理，并选取5
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30份质量的聚合物粘结剂，控制聚合物粘结剂与溶剂的比例为1g：5ml～1g：10ml；
[0024](2)将聚合物粘结剂加入到溶剂中，以400转/分钟的速度搅拌60分钟形成均匀的浆料；
[0025](3)选取10～90份质量的正极活性物质粉末或负极活性物质粉末加入上述浆料中，以400～600转/分钟的速度搅拌60分钟，形成均匀的第二浆料；
[0026](4)选取5～20份质量的导电剂加入步骤(3)所制备的第二浆料中，以400～600转/分钟的速度搅拌24小时，形成均匀的活性物质层浆料；
[0027](5)将上述步骤(4)制备浆料涂覆在绝缘热稳陶瓷涂层上，涂覆方法为机器自动涂覆，另一侧不涂覆，设置涂覆速度为3～5mm/s；同时也可以选择其他涂覆方法；
[0028](6)将步骤(5)中涂覆完成的复合隔膜放置真空烘干箱真空烘干24小时，设置烘箱温度为60℃，真空烘干后，控制活性物质层厚度为5～15微米；
[0029](7)将步骤(6)中的烘干完成的三层钠离子电池隔膜封装。
[0030]优选地，所述第二层和第三层在配置浆料涂覆成膜时使用的溶剂为N
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甲基吡咯烷酮、丙酮、1,3
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二氧戊环、1,2
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二甲氧基乙烷、四乙二醇二甲醚、聚(乙二醇)二甲醚、二乙二醇二丁醚、2
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乙氧基乙基醚、砜、环丁砜、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲酸甲酯、苯、甲苯、二甲苯、乙酸甲酯、碳酸氟代亚乙酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸烯丙基乙酯、水中的一种或一种以上的组合。
[0031]优选地，所述第二层绝缘热稳陶瓷涂层和第三层活性物质层中的其他涂覆方法为喷涂、凹版辊涂、丝网印刷、浸渍提拉、电泳中的一种。
[0032]相对于现有技术而言，本专利技术的有益效果是：(1)在本专利技术中，绝缘热稳陶瓷涂层和活性物质层的应用极大地改善了普通商业隔膜同钠离子电池不兼容的问题。由于钠离子电解质盐常使用NaClO4或者NaPF6，导致钠离子半径较大，而普通的商业隔膜孔隙较小，致使
钠离子难以轻松穿梭。本专利技术专利的钠离子电池隔膜较基膜相比，拥有更大的孔隙半径，可以很好地形成均匀的钠离子通道，同时对电解液的浸润能力有了大幅提升，能够迅速被电解液浸润，使钠离子电池的性能得到了进一步的提升。
[0033](2)本专利技术中，绝缘热稳陶瓷涂层和活性物质层的应用极大地提高了普通商业隔膜的安全性能。本专利的钠离子电池隔膜具有热力学稳定，机械性能强的特点，相对于基膜可以更好地承担电池在组装过程中的拉伸及碰撞压力，同时可以承受更宽的温度作用范围，在电池短路和电池穿刺等极端条件下拥有更高的安全性能。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池隔膜，其特征在于：包含三层结构，所述三层结构具体材料如下所示：第一层基膜：钠电多孔隔膜基膜；第二层绝缘热稳陶瓷涂层：陶瓷涂层物质10wt％
‑
95wt％，聚合物粘结剂5wt％
‑
90wt％；第三层活性物质层：正极/负极活性物质60wt％
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90wt％，聚合物粘结剂5wt％
‑
30wt％，导电剂5wt％
‑
10wt％。2.根据权利要求1所述的一种钠离子电池隔膜，其特征在于：所述第一层基膜为聚丙烯、聚乙烯、双层PP/PE、三层PP/PE/PP复合膜、硝酸纤维素膜、醋酸纤维素膜、聚酰胺膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯膜、热塑性聚酰亚胺、热固性聚酰亚胺、聚酰胺
‑
酰亚胺，聚醚亚胺、纤维玻璃膜中的一种或一种以上的任意组合。3.根据权利要求1所述的一种钠离子电池隔膜，其特征在于：所述陶瓷涂层材料为氧化铝、勃姆石、二氧化硅、芳纶纤维中的一种或一种以上的任意组合。4.根据权利要求1所述的一种钠离子电池隔膜，其特征在于：所述聚合物粘结剂为聚偏氟乙烯基聚合物、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、羧甲基纤维素、聚苯乙烯
‑
丁二烯共聚物、丙烯酸酯聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚双甲氧基乙氧基乙醇盐
‑
磷腈、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、以及聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯及这些材料的化学衍生物、共聚物和共混物中的一种或一种以上的任意组合。5.根据权利要求1所述的一种钠离子电池隔膜，其特征在于：所述正极活性物质为磷酸矾钠、磷酸铁钠、锰酸钠以及它们的混合物、掺杂物和衍生物中的一种或一种以上的任意组合。6.根据权利要求1所述的一种钠离子电池隔膜，其特征在于：所述负极活性物质为石墨、软碳、硬碳、石墨烯、硅粉、硅碳和硅氧材料以及它们的混合物、掺杂物和衍生物中的一种或一种以上的任意组合。7.根据权利要求1所述的一种钠离子电池隔膜，其特征在于：所述导电剂为乙炔黑、350G、碳纤维、碳纳米管、科琴黑、石墨导电剂、石墨烯、Super P、VGCF、CNTs中的一种或一种以上的任意组合。8.根据权利要求1
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7任一所述的一种钠离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一层基膜：(1)第一层基膜选定选择商业钠离子电池隔膜或其他隔膜；第二层绝缘热稳陶瓷涂层：(1)选取一定量的溶剂，进行预加热处理，并选取5～90份质量的聚合物粘结剂，控制聚合物粘结剂与溶剂的比例为1g：2.5ml...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕维强，尼图，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：