一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉及其制备方法技术

技术编号：40878610 阅读：9 留言：0更新日期：2024-04-08 16:48

本发明专利技术涉及一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉及其制备方法，其特征在于：（1）按66‑82%SiO2，4‑15%B2O3，0‑7%Al2O3，0‑1.2%CaO，2‑13%Na2O，0‑7%ZnO，2‑19%BaO，0‑1%ZrO2配料混合，进行高温熔制；（2）熔融玻璃液浇筑后进行退火，退火后块状玻璃破碎研磨；（3）研磨后的玻璃粉与偶联剂进行混匀、烘干至残留水分保持在4‑8mg/cm³，烘干后的玻璃粉经筛选，得到粒径在0.5‑6μm的粉体。本发明专利技术优点：本发明专利技术制备的硼硅酸盐玻璃粉热膨胀系数(‑30/+70°C)为8‑12（×10‑6/K），软化点500‑600℃，弹性模量66‑70GaP，HF净化功率5‑6（mg F‑/g glass），能与锂电池的工作相匹配，即使发生热失控，玻璃粉粒子会起到隔离作用，阻止电池短路发生，有效提高了含LiPF6的电池电容的使用寿命，解决了安全隐患。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于玻璃和锂电池，涉及一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉及其制备方法。

技术介绍

1、锂电池通常由正极、负极和电解液组成。其中lipf6凭借着良好的电导率以及高温、低温综合性能好、安全无爆炸等特点，广泛的应用在锂离子电池电解液中。但是lipf6的化学稳定性能较差，在水分存在的情况下会发生分解，产生hf、pof3等产物，这些产物的存在不仅会造成电解液的性能下降，分解产生的hf等产物还会腐蚀正极材料，造成过渡金属元素溶解等问题，引起锂离子电池性能的衰降。为了防止hf过快的腐蚀正负极中的铝箔和铜箔，人们往往通过在电解液中增添成膜添加剂的方式使铝箔和铜箔的表面形成一层优良的sei膜(固体电解质薄膜)，从而阻止溶剂分子共插对电极的破坏，提高电池的循环效率和可逆容量等性能。但电解液中存在的痕量h2o和hf不仅会加速lipf6的分解，而且会破坏sei膜，从而深度影响正负极功能的正常运行，影响锂电池的使用寿命，存在极大的安全隐患。

技术实现思路

1、本专利技术的目的是为了弥补现有技术的不足，提供一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉及其制备方法，该玻璃粉添加在锂电池电解液中，通过化学反应将氟离子附着在粒子表面，起到永久性的钝化作用，防止产生hf对电池造成永久伤害。

2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：

3、一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：66-82%的sio2，4-15%的b2o3，0-7%的al2

4、进一步，所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：70-78%的sio2，6-10%的b2o3，1-6%的al2o3，0.5-1%的cao，4-10%的na2o ，2-5%的zno ，5-15%的bao，0.2-0.8%的zro2。

5、进一步，所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：72-75%的sio2，8-9%的b2o3，3-5%的al2o3，0.6-0.8%的cao，5-7%的na2o ，3-4%的zno ，8-10%的bao，0.5-0.7%的zro2。

6、一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

7、（1）按上述配比将各原料进行混合，随后进行高温熔制；

8、（2）熔融玻璃液浇筑后进行退火处理，再将退火后块状玻璃破碎研磨；

9、（3）研磨后的玻璃粉与偶联剂进行混匀、烘干至残留水分保持在4-8mg/cm³，烘干后的玻璃粉经过筛选，得到粒径在0.5-6μm的粉体。

10、进一步，所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉中：b2o3的原料为h3bo3，cao的原料为caco3，na2o的原料为na2co3，bao的原料为baco3，所有原料粒径控制在20-300μm。

11、进一步，所述熔制温度为1500-1650℃，熔制时间为2-3h。

12、进一步，所述退火步骤使用马弗炉进行退火，退火温度为500-600℃，保温4h后自然降温。

13、进一步，所述偶联剂为硅烷偶联剂，加入量为玻璃粉量的0.05%-0.2%。

14、进一步，所述硅烷偶联剂为kh-550，kh-602，kh-560，kh-171中的一种。

15、进一步，所述烘干温度为100℃，干燥时间为4h。

16、进一步，所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的热膨胀系数(-30 / +70 °c)为8-12（×10-6/k），软化点500-600℃，弹性模量66-70gap，hf净化功率5-6（mg f-/ gglass）。

17、锂电池充放电过程中，电解液中的lipf6不可避免地与空气中的h2o反应生成hf，h2o + lipf6→ lif + pof3+ 2hf，致使正极材料被腐蚀造成过渡金属离子的溶出，导致正极材料的坍塌。为清除电解液中的hf，改善锂离子电池的循环稳定性和倍率性能，将含有si-o结构的硼硅酸盐玻璃粉添加到电解液中，其所发挥的作用是可与电解液中的h2o、hf、pf6反应，在正极形成类似于保护膜的-（si-o-si）聚合物锂盐，保护正极材料免受hf的破坏。

18、本专利技术中玻璃粉粒径范围是要严格控制的，玻璃粉加入到电解液中，粒径越小，电解液表面积增加，锂离子可以更快的扩散，充电速度增加。但当玻璃粉加入到电极材料中时，璃粉粒径较小时，电极材料在低温环境中会变得脆硬，会导致电极微小的裂纹和空隙增加，进而导致电极材料疏散锂离子的速度降低，因此也不能过分追求粒径小比表面积大，会影响电极材料在低温环境中的使用效果。

19、本专利技术的有益效果：

20、1.相对于普通硅粉来说，本专利技术制备的硼硅酸盐玻璃粉在热膨胀系数、硬度、耐高温性能上都能与锂电池的工作相匹配，即使发生热失控，玻璃粉粒子会起到隔离作用，阻止电池短路发生，有效提高了含lipf6的电池电容的使用寿命，解决了安全隐患；

21、2.本专利技术所述制备过程具有无毒无害、环境友好，操作简单、保养维护方便等优点；

22、3.将本专利技术应用在锂电池电解液中，可以清除hf ，提高电池容量和使用寿命，锂离子电池的循环稳定性和倍率性能均提高，提升了锂离子电池安全性。

23、实施方式

24、一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的制备方法，具体实施步骤如下：

25、实施例

26、（1）按表1中1、2、3、4、5原料组分制备，各原料粒径控制在200-300μm，混合均匀后倒入铂铑坩埚，在1600℃下高温熔制2h；

27、（2）将熔融玻璃液浇铸成玻璃块后在马弗炉中进行退火处理，退火温度为600℃，保温4h后自然降温，随后将块状玻璃破碎细磨；

28、（3）研磨后的玻璃粉1000g与1g的kh-550进行混匀、100℃下烘干4h，残留水分保持在5mg/cm³，烘干后的玻璃粉过筛，筛选出相应粒径的玻璃粉，加入含 lipf6电解液中测试其hf净化功率。

29、经检测，得出玻璃粉的热膨胀系数、软化点、弹性模量、hf净化功率，如表1所示，从表中可以看出，样品1、2、3中，将含有si-o结构的硼硅酸盐玻璃粉能有效净化lipf6电解液中hf，且玻璃粉的热膨胀系数、硬度、软化点上都能与锂电池的工作环境相匹配，可以有效提高了含lipf6的电池电容的使用寿命，解决了安全隐患。从样品4可以看出，加入电解液中玻璃粉的粒径大小会影响hf净化功率，粒径控制在一定范围内净化效果最佳，粒径变大会导致hf净化功率下降。样品5玻璃粉原料组分的改变，会影响到玻璃粉的热力学性能，热膨胀系数、硬度、软化点与锂电池的工作环境不匹配，兼容性较差，影响使用效果和本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：66-82%的SiO2，4-15%的B2O3，0-7%的Al2O3，0-1.2%的CaO，2-13%的Na2O，0-7%的ZnO ，2-19%的BaO，0-1%的ZrO2。

2.根据权利要求1所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：70-78%的SiO2，6-10%的B2O3，1-6%的Al2O3，0.5-1%的CaO，4-10%的Na2O，2-5%的ZnO ，5-15%的BaO，0.2-0.8%的ZrO2。

3.根据权利要求1所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：72-75%的SiO2，8-9%的B2O3，3-5%的Al2O3，0.6-0.8%的CaO，5-7%的Na2O，3-4%的ZnO ，8-10%的BaO，0.5-0.7%的ZrO2。

4. 根据权利要求1-3任一项所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的热膨胀系数(-30 / +70 °C)为8-12（×10-6/K

5.根据权利要求1所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉中：B2O3的原料为H3BO3，CaO的原料为CaCO3，Na2O的原料为Na2CO3，BaO的原料为BaCO3，所有原料粒径控制在20-300μm。

7.根据权利要求5所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述熔制温度为1500-1650℃，熔制时间为2-3h。

8.根据权利要求5所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述退火步骤使用马弗炉进行退火，退火温度为500-600℃，保温4h后自然降温。

9.根据权利要求5所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂，加入量为玻璃粉量的0.05%-0.2%。

10.根据权利要求9所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂为KH-550，KH-602，KH-560，KH-171中的一种。

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【技术特征摘要】

1.一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：66-82%的sio2，4-15%的b2o3，0-7%的al2o3，0-1.2%的cao，2-13%的na2o，0-7%的zno ，2-19%的bao，0-1%的zro2。

2.根据权利要求1所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：70-78%的sio2，6-10%的b2o3，1-6%的al2o3，0.5-1%的cao，4-10%的na2o，2-5%的zno ，5-15%的bao，0.2-0.8%的zro2。

3.根据权利要求1所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉，其特征在于由以下重量百分比的原料制成：72-75%的sio2，8-9%的b2o3，3-5%的al2o3，0.6-0.8%的cao，5-7%的na2o，3-4%的zno ，8-10%的bao，0.5-0.7%的zro2。

4. 根据权利要求1-3任一项所述一种锂电池、电极电容用氟化氢钝化玻璃粉的热膨胀系数(-30 / +70 °c)为8-12（×10-6/k），软化点500-600℃，弹性模量66-70gap，hf净化功率5-6（mg f- / g ...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭寿，单传丽，曹欣，石丽芬，王萍萍，高强，刘爱丽，赵凤阳，杨勇，柯震坤，李常青，张晓雨，滕飞，
申请(专利权)人：中建材玻璃新材料研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：

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