一种基于MOF材料的涂层隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及隔膜技术领域，具体涉及一种基于MOF材料的涂层隔膜及其制备方法。涂层隔膜包括聚合物多孔基膜和MOF涂层，MOF涂层设置于聚合物多孔基膜的上表面或者设置于聚合物多孔基膜的上表面和下表面；MOF涂层由MOF涂覆浆料制成，MOF涂覆浆料中包括MOF材料，MOF材料为普鲁士蓝及其衍生物中的至少一种。本发明专利技术的涂层隔膜可有效解决现有技术中薄涂层堆积致密和保液量低的问题，在提高锂离子二次电池容量的同时还能有效的增加隔膜涂层的保液量，延长循环寿命。涂层隔膜的制备方法工艺简单，便捷有效，生产成本低，有利于规模化大生产。有利于规模化大生产。有利于规模化大生产。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MOF材料的涂层隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及隔膜
，具体涉及一种基于MOF材料的涂层隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着新能源行业的快速发展，市场对锂离子电池需求量及性能要求都逐渐增加，因而对于锂离子电池各部分组成材料则尤为重视。隔膜作为锂离子电池组成必不可少的元素之一，主要起到阻隔正负极直接接触，防止电池发生短路的作用。
[0003]现如今，通常使用表面涂覆改性的聚烯烃(PE、PP)作为锂离子电池的隔膜层，而由于市场对于锂离子电池容量性能提升的迫切需求，隔膜表面涂层减薄化也已经成为了行业的发展方向。但过于致密的薄涂层不仅容易堵孔，导致涂层透气过大，影响充放电过程中锂离子的迁移，并且致密的涂层间隙较少，无法容纳更多的电解液，易出现电池后期循环析锂而使电池性能的急剧失效。为了解决这些问题，目前技术常通过：1、使用大小颗粒共混堆积造孔来改善薄涂层保液性能，但小粒径无规氧化铝由于本身表面能垒较高，静电吸附容易团聚，因此在制浆过程中不易分散，影响后期涂覆制程稳定性；2、在涂层表面引入亲电解液极性基团，但由于电解液特殊性能要求，改性剂选择较少，并且增加改性工序，提高整体生产成本，还需考虑与正负极相容性。因此，为了很好平衡锂离子电池各方面性能需求，开发一款新型隔膜涂层材料极具市场经济价值和技术价值。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种基于MOF材料的涂层隔膜，所述涂层隔膜通过在聚合物多孔基膜表面形成一层均匀立方多孔MOF涂层，层间颗粒分散堆积可形成一定的间隙，并且MOF涂层材料具备大比表面积、表面孔隙丰富等优点，可吸附容纳更多电解液，可有效解决现有技术中薄涂层堆积致密和保液量低的问题，在提高锂离子二次电池容量的同时还能有效的增加隔膜涂层的保液量，延长循环寿命。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种基于MOF材料的涂层隔膜的制备方法，所述涂层隔膜的制备方法工艺简单，便捷有效，生产成本低，有利于规模化大生产，可制备得到性能优越的基于MOF材料的涂层隔膜。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于MOF材料的涂层隔膜，包括聚合物多孔基膜和MOF涂层，所述MOF涂层设置于聚合物多孔基膜的上表面或者设置于聚合物多孔基膜的上表面和下表面；所述MOF涂层由MOF涂覆浆料制成，所述MOF涂覆浆料中包括MOF材料，所述MOF材料为普鲁士蓝及其衍生物中的至少一种。
[0007]进一步的，所述MOF材料为Co3[Co(CN)6]2、Co3[Mn(CN)6]2、Co3[Ni(CN)6]2或Co3[Fe(CN)6]2中的至少一种。
[0008]进一步的，所述MOF涂覆浆料包括如下重量份的原料：MOF材料粉体10
‑
35份、去离子水60
‑
100份、分散剂0.1
‑
3份、粘接剂2
‑
10份、润湿剂0.1
‑
3份。
[0009]进一步的，所述分散剂为聚丙烯酸盐、聚乙二醇醚、聚氧化乙烯、多支链醇或磷酸
盐类化合物中的至少一种。
[0010]进一步的，所述粘接剂为聚(甲基)丙烯酸、聚(甲基)丙烯酸甲酯、丁苯橡胶、聚氨酯、环氧树脂、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、丙烯酸聚合物或丙烯腈聚合物中的至少一种。
[0011]进一步的，所述润湿剂为非离子型活性剂。所述润湿剂为氧乙烯烷基酚醚、聚氧乙烯脂肪醇醚或含氟聚氧乙烯醚中的至少一种。
[0012]进一步的，所述MOF材料粉体的粒径D50为0.1
‑
1μm，孔径分布为2
‑
100nm，孔隙率为30
‑
60％，比表面积为200
‑
500m2/g。
[0013]进一步的，所述MOF涂层的堆实密度(涂层为1μm时的面密度)为1.0
‑
1.6g/m2，优选为1.2
‑
1.4g/m2。本专利技术对于所述MOF涂层面密度范围可根据具体涂层厚度而定，
[0014]本专利技术的MOF涂层具有大比表面积(200
‑
500g/m2)、表面孔隙(孔隙率30
‑
60％)丰富等优点，可吸附容纳更多电解液，可有效解决现有技术中薄涂层堆积致密和保液量低的问题，在提高锂离子二次电池容量的同时还能有效的增加涂层隔膜的保液量，延长循环寿命。
[0015]进一步的，所述MOF涂层的厚度为0.5
‑
5μm。更进一步的，所述MOF涂层为0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、3μm、4μm或5μm等。
[0016]进一步的，所述聚合物多孔基膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚烯烃多层共挤复合多孔膜中的至少一种，所述聚合物多孔基膜的厚度5
‑
20μm。
[0017]本专利技术还提供上述基于MOF材料的涂层隔膜的制备方法，包括如下步骤：
[0018](1)MOF材料的合成
[0019]A1、按比例将氰化物有机配体和去离子水搅拌溶解，配制成溶液A；然后将金属盐化合物、活性螯合剂和去离子水搅拌溶解配制成溶液B；
[0020]A2、在搅拌状态下进行将溶液A缓慢滴进溶液B中，并持续2
‑
6h后停止搅拌，得到混合液C，然后进行静置陈化8
‑
48h；
[0021]A3、待静置陈化完成后，对混合液C进行高速离心处理，将离心得到的下层固体产物用分别用水和乙醇超声洗涤，随后进行干燥处理；
[0022]A4、取出经过干燥后的固体产物，用研钵研磨5
‑
30min，制得多孔规整MOF材料粉体；
[0023](2)涂覆浆料的制备
[0024]将步骤(1)中制得的MOF材料粉体与去离子水、分散剂、粘接剂、润湿剂按比例混合，制得涂覆浆料；所述涂覆浆料固含量范围为15
‑
35％；
[0025](3)复合隔膜的涂覆
[0026]将步骤(2)中制得的涂覆浆料涂覆于聚合物多孔基膜的上表面或者涂覆于聚合物多孔基膜的上表面和下表面，干燥后得到基于MOF材料的涂层隔膜。
[0027]本专利技术的MOF材料为多孔立方MOF材料，其制备方法便捷有效，工序流程简易，由此整体生产成本较低，最终所得的MOF材料形貌规整(呈3D立方结构)，颗粒尺寸呈微纳米级别，作为隔膜涂层可形成层级间颗粒堆积孔，整体涂层不会过于致密，影响充放电过程中锂离子迁移，所合成的MOF材料本身所具备大比表面积和丰富的孔隙结构，对于电解液的亲和性较好，可吸附容纳更多的电解液。
[0028]进一步的，所述步骤A1中，氰化物有机配体为钴氰化钾、钴氰化钠、铁氰化钾、铁氰
化钠、锰氰化钾或镍氰化钾中的至少一种；金属盐化合物为硝酸钴、氯化钴、硫酸钴或醋酸钴中的至少一种。
[0029]进一步的，所述步骤A1中，活性螯合剂为十六烷基三甲基溴化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MOF材料的涂层隔膜，其特征在于：包括聚合物多孔基膜和MOF涂层，所述MOF涂层设置于聚合物多孔基膜的上表面或者设置于聚合物多孔基膜的上表面和下表面；所述MOF涂层由MOF涂覆浆料制成，所述MOF涂覆浆料中包括MOF材料，所述MOF材料为普鲁士蓝及其衍生物中的至少一种。2.根据权利要求1所述的基于MOF材料的涂层隔膜，其特征在于：所述MOF材料为Co3[Co(CN)6]2、Co3[Mn(CN)6]2、Co3[Ni(CN)6]2或Co3[Fe(CN)6]2中的至少一种。3.根据权利要求1所述的基于MOF材料的涂层隔膜，其特征在于：所述MOF涂覆浆料包括如下重量份的原料：MOF材料粉体10
‑
35份、去离子水60
‑
100份、分散剂0.1
‑
3份、粘接剂2
‑
10份、润湿剂0.1
‑
3份。4.根据权利要求2所述的基于MOF材料的涂层隔膜，其特征在于：所述MO F材料粉体的粒径D50为0.1
‑
1μm。5.根据权利要求1所述的基于MOF材料的涂层隔膜，其特征在于：所述MOF涂层的厚度为0.5
‑
5μm。6.一种如权利要求1
‑
5任意一项所述的基于MOF材料的涂层隔膜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)MOF材料的合成A1、按比例将氰化物有机配体和去离子水搅拌溶解，配制成溶液A；然后将金属盐化合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈真，王志彬，吴俊波，郭维东，
申请(专利权)人：广东卓高新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：