一种利用二次铝灰制备锂离子电池隔膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用二次铝灰制备锂离子电池隔膜的方法，属于隔膜材料领域

【技术实现步骤摘要】
一种利用二次铝灰制备锂离子电池隔膜的方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池隔膜
，涉及一种耐高温
、
适合大电流充放电的锂离子电池隔膜制备方法
。

技术介绍

[0002]电池隔膜是电池正极和负极之间的一层隔膜材料，其主要作用是隔离正
、
负极并对电子绝缘，但能让电解液中的离子在正负极之间自由传输，从而完成电池反应
。
目前，商品化的锂离子电池隔膜材料主要为多孔聚烯烃如聚乙烯
(PE)
或聚丙烯
(PP)
等，尽管聚烯烃隔膜用于锂离子电池有诸多优点，但聚烯烃隔膜的熔点较低，聚乙烯和聚丙烯的熔点分别为
130℃
和
150℃
，超过该温度隔膜就会融化导致电池发生短路
。
实际应用中，电池有可能迅速升温至
200℃
，特别是对于风能
、
光伏发电配套的大型电池储能电站使用的大功能电池，较大的电流充放电更容易造成电池温度的波动，从而面临更严峻的安全问题
。
为解决这一问题，研究人员使用无机粒子如
Al2O3、SiO2、ZrO2等涂覆在聚烯烃隔膜表面制成复合隔膜，利用无机粒子高耐热性提高复合隔膜的热稳定性
。
然而，涂覆型隔膜中仍存在有机材料
(
聚烯烃基体或有机粘结剂
)
，这些有机材料仍然存在热降解
、
热收缩的问题，导致电池在过热环境中依然存在严重的安全问题<br/>。
为此，有学者提出使用纳米
Al2O3、SiO2通过高温煅烧的方法制备纯无机隔膜
。
此种无机隔膜具有无可比拟的热稳定性，但是较低的隔膜孔隙率
、
离子电导率和较差的电解液亲和性不利于电池性能的提升
。
因此，在保留无机隔膜高耐热优势基础上，寻找新原料
、
新方法来提高无机隔膜的孔隙率
、
离子电导率
、
电解液亲和性，获得新型多孔无机隔膜已成为新的研究思路
。
[0003]铝灰是生产金属铝或铝合金过程中产出的固体产物，由金属铝
、
氧化铝和其它化合物组成，分为一次铝灰和二次铝灰
。
从一次铝灰中提取金属铝得到二次铝灰
。
由于在此过程中使用无机盐助剂，使二次铝灰的成分变得更加复杂
。
其中的金属铝和氮化铝能够在遇水或受潮时产生氢气和氨气
。
目前，关于二次铝灰的利用主要涉及从二次铝灰中回收氧化铝
、
氯化钠
、
氯化钾，以及利用二次铝灰为原料制备建材
、
净水剂
、
耐火材料等低附加值产品，关于二次铝灰用于高附加值产品如锂离子电池隔膜的制备研究尚未见报道
。

技术实现思路

：
[0004]本专利技术的目的是为了消除锂离子电池隔膜热稳定性差带来的电池安全隐患，提高电池在大电流充放电及长时间运行的容量保持率，同时充分利用二次铝灰中的各种组分，实现固体废弃物的高附加值应用
。
为此，将二次铝灰作为重要原料，首先与碱性助剂混合，在马弗炉中煅烧获得煅烧产物，再将煅烧产物与粉状速溶硅酸钠
、
粘结剂
、
造孔剂混合均匀，模压成型得到坯体，再次煅烧后得到锂离子电池使用的多孔陶瓷隔膜
。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006]二次铝灰与碱性助剂充分混合，在马弗炉中以5‑
10℃/
分钟的升温速率，从室温升至
900
‑
1100℃
，保温1‑4小时；获得的煅烧产物与粉状速溶硅酸钠
、
粘结剂
、
造孔剂混合均
匀，模压成型得到坯体；该坯体干燥后在马弗炉中以3‑
7℃/
分钟的升温速率，从室温升至
1000
‑
1200℃
，保温4‑8小时得到全陶瓷基体的锂离子电池隔膜；所述二次铝灰为一次铝灰提取单质铝后的灰渣，经过干法球磨
、
干燥
、
过
200
目方孔筛处理得到的二次铝灰粉末；所述的碱性助剂为碳酸钠或氢氧化钠；二次铝灰与碱性助剂的质量比例为，1：
0.5
‑2；所述粘结剂为羟乙基纤维素
、
羟丙基纤维素
、
羧甲基纤维素钠中的一种；所述造孔剂为淀粉
、
葡萄糖
、
尿素中的一种；所述获得的煅烧产物与粉状速溶硅酸钠
、
粘结剂
、
造孔剂按质量比
50
‑
80
：
40
‑
60
：
0.1
‑1：
30
‑
40
混合；所述模压成型条件为：成型压力为1‑
20MPa
，保压时间为
0.1
‑5分钟；所述的造孔剂是过
300
目方孔筛的粉末样品
。
[0007]有益效果：本专利技术以二次铝灰为主要原料制备锂离子电池隔膜，是利用碱性助剂如碳酸钠或氢氧化钠，将二次铝灰中的含铝成分如单质铝
、
氧化铝
、
氮化铝
、
碳化铝
、
镁铝尖晶石在高温下转变为偏铝酸钠
。
偏铝酸钠再与粉状速溶硅酸钠混合
、
模压成型后高温煅烧，发生沸石相转变，成为陶瓷的主要基体相
。
其中，二次铝灰中的钠盐
、
氟盐
、
少量重金属离子等可在高温下转变为结晶相以稳定固化
。
造孔剂的使用将在陶瓷内部构造出多孔结构，最终获得多孔沸石相陶瓷隔膜
。
附图说明
：
[0008]图
1、
多孔陶瓷隔膜的光学照片
[0009]图
2、
多孔陶瓷隔膜的扫描电镜照片
[0010]图
3、
多孔陶瓷隔膜的
XRD
图谱
[0011]图
4、
使用多孔陶瓷隔膜的锂
/
磷酸铁锂电池倍率性能曲线
具体实施方式
：
[0012]结合实施例对本专利技术作进一步的详细说明：
[0013]二次铝灰与碳酸钠或氢氧化钠按质量比1：
0.5
‑2充分混合，在马弗炉中以5‑
10℃/
分钟的升温速率，从室温升至
900
‑
1100℃
，保温1‑4小时；获得的煅烧产物与粉状速溶硅酸钠
、
粘结剂
(
羟乙基纤维素
、<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种利用二次铝灰制备锂离子电池隔膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：二次铝灰与碱性助剂充分混合，在马弗炉中以5‑
10℃/
分钟的升温速率，从室温升至
900
‑
1100℃
，保温1‑4小时；获得的煅烧产物与粉状速溶硅酸钠
、
粘结剂
、
造孔剂混合均匀，模压成型得到坯体；该坯体干燥后在马弗炉中以3‑
7℃/
分钟的升温速率，从室温升至
1000
‑
1200℃
，保温4‑8小时得到全陶瓷基体的锂离子电池隔膜；所述二次铝灰为一次铝灰提取单质铝后的灰渣，经过干法球磨
、
干燥
、
过
200
目方孔筛处理得到的二次铝灰粉末；所述的碱性助剂为碳酸钠或氢氧化钠；二次铝灰与碱性助剂的质量比例为，1：
0.5
‑2；所述粘结剂为羟乙基纤维素
、
羟丙基纤维素
、
羧甲基纤维素钠中的一种；所述造孔剂为淀粉
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛兵，马中华，马紫雯，王海燕，张卓，钟振林，李岩松，吕思煜，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：