【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂离子电池隔膜应用领域，具体涉及一种高倍率锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂金属因其高理论比容量(3860mah g-1)和低还原电位(-3.04v)，被视为下一代锂离子电池(libs)极具潜力的负极材料之一。然而，要实现锂金属电池的大规模商业化应用，仍需攻克其循环寿命短和倍率性能不佳等核心问题。具体来说，高电流密度条件下，li+的传质动力学缓慢，导致锂金属表面浓度梯度显著增加，这不仅严重影响电池的倍率性能，还加剧li+不均匀沉积现象。这种不均匀沉积易形成锂枝晶，一旦锂枝晶刺穿隔膜，将直接导致电池内部短路，从而极大缩短了电池的循环寿命。因此，深入研究并解决这些问题，对于推动锂金属电池技术的实际应用具有重要意义。
2、针对以上问题，研究人员积极探索了多种解决方案，包括优化集流体结构、构建人工界面层(sei)、改进隔膜性能以及优化电解质组成等策略。其中，将聚烯烃与陶瓷颗粒进行共混，被视为一种有效策略，以增强隔膜对锂枝晶刺穿的抵抗力，并提升其热稳定性。然而，由于陶瓷颗粒的团聚特性、陶瓷颗粒与聚烯烃之间的不相容性与陶瓷颗粒在熔融聚烯烃中的分散性不佳等问题，使得制备具有均匀孔径的理想高倍率隔膜变得困难。
3、据此，在本专利技术中我们提出了一种“三明治”型高倍率锂离子电池隔膜，通过充分利用有机/无机材料的特性，使其具有良好的热尺寸稳定性、界面相容性、高li+迁移数以及优异的高倍率循环性能。
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术提供一
2、本专利技术的目的是提供一种高倍锂离子电池隔膜；
3、本专利技术的第二个目的是提供上述高倍率锂离子电池隔膜的制备方法；
4、本专利技术的第三个目的是提供上述高倍率锂离子电池隔膜的应用。
5、本专利技术上述目的通过以下技术方案予以实现：
6、一种高倍率锂离子电池隔膜，为三明治结构，其基体由掺杂了纸浆纤维的陶瓷颗粒构成，纸浆纤维与陶瓷颗粒共混后通过一步抽滤形成下层陶瓷颗粒沉积层和上层纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层，陶瓷颗粒沉积层作为三明治结构的下层，纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层作为三明治结构的夹心层，在纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层上涂覆有机聚合物构成三明治结构的上层。
7、所述的一种高倍率锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
8、(1)制备纸浆纤维悬浮液：将纸浆纤维疏解后分散于去离子水中，配制成纸浆纤维悬浮液；
9、(2)制备有机/无机共混液：将纸浆纤维悬浮液与陶瓷颗粒配制成有机/无机共混液，再加入去离子水稀释，于室温下搅拌；
10、(3)抽滤成膜：将有机/无机共混液抽滤成膜，抽滤过程中形成下层陶瓷颗粒沉积层和上层纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层，得到双层结构的抽滤膜；
11、(4)干燥：将抽滤膜干燥得到锂离子电池共混隔膜；
12、(5)配制有机聚合物涂覆液：将有机聚合物、去离子水和丙酮共混并搅拌；
13、(6)反向涂覆：将锂离子电池共混隔膜放在涂覆机上，纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层朝上，将有机聚合物涂覆液刮涂到朝上的面，得到高倍率锂离子电池隔膜。
14、进一步的，所述纸浆纤维为天然纸浆纤维或可再生纸浆纤维，纸浆纤维打浆度为70～90°sr。
15、进一步的，步骤(1)所制备的纸浆纤维悬浮液的质量分数为0.05～3.00wt％。
16、进一步的，步骤(2)中的陶瓷颗粒与纸浆纤维的质量比为2.5～3.7:1。
17、进一步的，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、勃姆石、氢氧化镁、硫酸钡、氧化硅、氮化铝、氧化镁、二氧化钛、氧化钇或氧化铈中的一种或几种混合，陶瓷颗粒的粒径为10～103nm。
18、进一步的，所述有机聚合物为聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚砜、聚酮、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚四氟乙烯中的一种或几种混合，有机聚合物的分子量为105～106gmol-1；有机聚合物、丙酮和去离子水的质量比为10:90:9～3。
19、进一步的，步骤(4)中的干燥温度为60～70℃，干燥时间为15～25min；步骤(5)中的搅拌温度为40～55℃，搅拌时间为6～12h。
20、进一步的，步骤(3)所得到的双层结构的抽滤膜的定量为82.25～110.45gm-2；步骤(6)所得到的高倍率锂离子电池隔膜的定量为97.90～111.95gm-2。
21、所述的高倍率锂离子电池隔膜可用于制备锂离子电池。
22、与现有的聚烯烃锂离子电池隔膜相比，本专利技术的有益效果为：
23、(1)本专利技术采用掺杂纸浆纤维的陶瓷颗粒作为高倍率锂离子电池隔膜基材，具有来源广泛且易回收利用的优势。
24、(2)本专利技术的制备方法简单，生产成本低，适合大规模产业化生产。
25、(3)本专利技术所制备的高倍率锂离子电池隔膜具有良好的热稳定性(在180℃下不发生尺寸收缩)，其与磷酸铁锂正极、锂金属负极组装的电池具有优异的循环性能，在锂离子电池隔膜领域显示出巨大的应用前景(在5c下经过500次循环后，容量保持率为100％，平均库伦效率为98.0％)
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1.一种高倍率锂离子电池隔膜，其特征在于，为三明治结构，其基体由掺杂了纸浆纤维的陶瓷颗粒构成，纸浆纤维与陶瓷颗粒共混后通过一步抽滤形成下层陶瓷颗粒沉积层和上层纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层，陶瓷颗粒沉积层作为三明治结构的下层，纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层作为三明治结构的夹心层，在纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层上涂覆有机聚合物构成三明治结构的上层。
2.权利要求1所述的一种高倍率锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纸浆纤维为天然纸浆纤维或可再生纸浆纤维，纸浆纤维打浆度为70～90°SR。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所制备的纸浆纤维悬浮液的质量分数为0.05～3.00wt％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的陶瓷颗粒与纸浆纤维的质量比为2.5～3.7:1。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、勃姆石、氢氧化镁、硫酸钡、氧化硅
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机聚合物为聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚砜、聚酮、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚四氟乙烯中的一种或几种混合，有机聚合物的分子量为105～106gmol-1；有机聚合物、丙酮和去离子水的质量比为10:90:9～3。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的干燥温度为60～70℃，干燥时间为15～25min；步骤(5)中的搅拌温度为40～55℃，搅拌时间为6～12h。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所得到的双层结构的抽滤膜的定量为82.25～110.45gm–2；步骤(6)所得到的高倍率锂离子电池隔膜的定量为97.90～111.95gm–2。
10.权利要求1所述的高倍率锂离子电池隔膜或权利要求2-9任一项所述的制备方法制备得到的高倍率锂离子电池隔膜在制备锂离子电池上的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高倍率锂离子电池隔膜，其特征在于，为三明治结构，其基体由掺杂了纸浆纤维的陶瓷颗粒构成，纸浆纤维与陶瓷颗粒共混后通过一步抽滤形成下层陶瓷颗粒沉积层和上层纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层，陶瓷颗粒沉积层作为三明治结构的下层，纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层作为三明治结构的夹心层，在纸浆纤维与附着在纸浆纤维上的陶瓷颗粒共混层上涂覆有机聚合物构成三明治结构的上层。
2.权利要求1所述的一种高倍率锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述纸浆纤维为天然纸浆纤维或可再生纸浆纤维，纸浆纤维打浆度为70～90°sr。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所制备的纸浆纤维悬浮液的质量分数为0.05～3.00wt％。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的陶瓷颗粒与纸浆纤维的质量比为2.5～3.7:1。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒为氧化铝、氧化锆、...
【专利技术属性】
技术研发人员：李薇，郭滨珲，崔京浩，陈思颖，郭聪勋，胡家龙，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：
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