CN104993087B - 应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属涉及一种应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明采用的技术方案是：应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜，制备该陶瓷氧化膜的原材料包括以下成分：氧化铝、氧化铝溶胶、氧化硅纤维和水，氧化铝、氧化硅纤维和水的质量比为1:（0.8~1.2）:（2~3）；该陶瓷纤维膜的性能指标：50~150μm厚，孔径3μm~10μm，孔隙率50%~80%。氧化铝溶胶固含量为80%。
Description
技术领域
本发明属涉及一种应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂离子电池高能量、高功率特性成为目前最理想的动力电源体系，但由于存在安全隐患，高能量、高功率锂离子电池的商业化收到很大的限制。
高能量、高功率锂离子电池存在安全隐患问题，主要表现在当电池过充电、内外部短路、挤压、针刺、碰撞和过热等因素引发锂离子电池发生不安全行为，当电池受到破坏时电池，电池内部温度升高，隔膜收缩或断裂，正负极直接接触，产生热失控，和一系列的连锁反应，导致锂离子电池着火、爆炸。可见，锂离子电池隔膜本身热稳定性直接影响着电池的安全性能，锂离子电池隔膜耐高温性能越好，电池的安全性相对也越好。
目前人们通常用涂覆陶瓷涂层的塑料隔膜或无纺布隔膜改善电池的安全性能，但一方面，为了减少对隔膜基材孔隙的影响，陶瓷层一般涂覆较薄，涂覆均匀性不易控制，且陶瓷层材料易脱落，稳定性较差；另一方面，耐高温性能主要取决于隔膜基材本身的热稳定性，隔膜基材本身耐高温一般都在300℃以内，在电池受到破坏时，电池内部温度很快上升到300℃以上，普通基材隔膜不能够承受太高温度导致锂离子电池的安全隐患。要解决安全问题首先需要开发具有更好热稳定性的隔膜材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜及其制备方法，解决的技术问题是找到合理的锂离子电池隔膜，提高锂离子电池的安全性能。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜，制备该陶瓷氧化膜的原材料包括以下成分：氧化铝、氧化铝溶胶、氧化硅纤维和水，氧化铝、氧化硅纤维和水的质量比为1:（0.8~1.2）: （2~3）；该陶瓷纤维膜的性能指标：50~150μm厚，孔径3μm~10μm，孔隙率50%~80%。氧化铝溶胶固含量为80%。
制备上述应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜包括以下制备步骤：
氧化铝、氧化硅纤维和水混合后搅拌，
搅拌后静置沉降除渣，
然后加入氧化铝溶胶再次搅拌，
抄片烘干，
最后辊压，形成50~150μm厚度的陶瓷纤维膜。
进一步的，应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜制备方法，其特征是，
（1）将氧化铝、氧化硅纤维和水按质量比1:（0.8~1.2）: （2~3）进行第一次搅拌混合，搅拌时间为1h~2h，
（2）将上述搅拌混合后的混合液进行静置沉降除渣，
（3）除渣后的上述混合液加入固含量为80%的氧化铝溶胶，氧化铝溶胶加入量为除渣后混合液质量的1%~2%，并进行第二次搅拌，搅拌时间为1h~2h，
（4）使用纸页抄片器对得到的混合液进行抄片，然后放入烘箱进行干燥，干燥温度80℃，干燥时间24~36h，控制干燥后陶瓷纤维膜厚度100~300μm，
（5）最后将干燥好的陶瓷纤维膜经过辊压，得到50~150μm厚度的陶瓷纤维膜。
再进一步的，应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜制备方法，其特征是，首先将氧化铝、氧化硅纤维和水按质量比1:（0.8~1.2）: （2~3）在搅拌桶中混合进行高速搅拌，搅拌速度800 r/min ~1000r/min，搅拌时间1h~2h；
将混合液进行静置沉降除渣后加入固含量80%的氧化铝溶胶，氧化铝溶胶加入量为除渣后混合液质量的1%~2%，继续搅拌，搅拌速度500 r/min ~800r/min，搅拌时间1h~2h；
使用纸页抄片器对得到的混合液进行抄片，然后放入烘箱进行干燥，干燥温度80℃，干燥时间24~36h，控制干燥后陶瓷纤维膜厚度100~300μm。最后将干燥好的陶瓷纤维膜经过辊压，得到50~150μm厚度的陶瓷纤维膜。
本发明的优点与效果是：
1.制备的该陶瓷纤维膜主要成分为氧化铝和氧化硅，耐腐蚀和耐高温性能好，耐高温1000℃以上，高温不燃烧、不收缩，使用该隔膜制备的镍钴锰三元正极材料锂离子电池针刺不着火、不爆炸，该陶瓷纤维膜抗张指数0.8~1.2N·M/g，抗折强度30MPa以上，可以大大提高高能量锂离子电池的安全性能。
2.本发明陶瓷纤维膜孔径3μm~10μm，孔隙率50%~80%，吸液和保液能力强，可以提高锂离子电池的综合性能，尤其是可以大大提高锂离子电池的循环性能。
3.本发明制备陶瓷纤维膜方法简单，成本低，易于实现商业化生产。
附图说明
图1为实施例1中该陶瓷纤维膜制备的100Ah高能量镍钴锰三元正极材料锂离子电池0.5C（100%DOD）充放循环性能曲线。
具体实施方式
本发明采用以下技术方案：首先将氧化铝、氧化硅纤维和水按质量比1:（0.8~1.2）: （2~3）搅拌桶中进行高速搅拌，搅拌速度800 r/min ~1000r/min，搅拌时间1h~2h。然后进行静置沉降除渣后加入固含量80%的氧化铝溶胶，氧化铝溶胶加入量为除渣后混合液质量的1%~2%，继续搅拌，搅拌速度500 r/min ~800r/min，搅拌时间1h~2h。使用纸页抄片器对得到的混合溶液进行抄片，然后放入烘箱进行干燥，干燥温度80℃，干燥时间24~36h，控制干燥后陶瓷纤维膜厚度100~300μm。最后将干燥好的陶瓷纤维膜经过辊压，得到50~150μm厚度的陶瓷纤维膜。该陶瓷纤维膜抗张指数0.8~1.2N·M/g，抗折强度30MPa以上，孔径3μm~10μm，孔隙率50%~80%。
实施例1
首先将氧化铝、氧化硅纤维和水按质量比1:1.2: 3搅拌桶中进行高速搅拌，搅拌速度800 r/min，搅拌时间2h。然后进行静置沉降除渣后加入固含量80%的氧化铝溶胶，氧化铝溶胶加入量为除渣后混合液质量的1%，继续搅拌，搅拌速度500 r/min，搅拌时间2h。使用纸页抄片器对得到的混合溶液进行抄片，然后放入烘箱进行干燥，干燥温度80℃，干燥时间36h，控制干燥后陶瓷纤维膜厚度250±10μm。最后将干燥好的陶瓷纤维膜经过辊压，得到130±10μm厚度的陶瓷纤维膜。制备的该陶瓷纤维膜耐高温1000℃以上，使用该隔膜制备的100Ah高能量镍钴锰三元正极材料锂离子电池针刺不着火、不爆炸。该隔膜吸液和保液能力强，使用该陶瓷纤维膜制备的100Ah高能量镍钴锰三元正极材料锂离子电池0.5C（100%DOD）充放循环1000次容量保持率≥98%。
实施例2
首先将氧化铝、氧化硅纤维和水按质量比1:0.8: 3搅拌桶中进行高速搅拌，搅拌速度1000 r/min，搅拌时间2h。然后进行静置沉降除渣后加入固含量80%的氧化铝溶胶，氧化铝溶胶加入量为除渣后混合液质量的1.5%，继续搅拌，搅拌速度800 r/min，搅拌时间1h。使用纸页抄片器对得到的混合溶液进行抄片，然后放入烘箱进行干燥，干燥温度80℃，干燥时间36h，控制干燥后陶瓷纤维膜厚度230±10μm。最后将干燥好的陶瓷纤维膜经过辊压，得到120±10μm厚度的陶瓷纤维膜。制备的该陶瓷纤维膜耐高温1000℃以上，使用该隔膜制备的100Ah高能量镍钴锰三元正极材料锂离子电池针刺不着火、不爆炸。该隔膜吸液和保液能力强，使用该陶瓷纤维膜制备的100Ah高能量镍钴锰三元正极材料锂离子电池0.5C（100%DOD）充放循环1000次容量保持率≥98%。
Claims (2)
1.一种应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜制备方法，制备该陶瓷氧化膜的原材料包括以下成分 ：氧化铝、氧化铝溶胶、氧化硅纤维和水，其特征是，
将氧化铝、氧化硅纤维和水按质量比 1:（0.8~1.2）: （2~3）进行第一次搅拌混合，搅拌时间为 1h~2h，将上述搅拌混合后的混合液进行静置沉降除渣，除渣后的上述混合液加入固含量为80% 的氧化铝溶胶，氧化铝溶胶加入量为除渣后混 合液质量的1%~2%，并进行第二次搅拌，搅拌时间为 1h~2h，使用纸页抄片器对得到的混合液进行抄片，然后放入烘箱进行干燥，干燥温度 80℃，干燥时间 24~36h，控制干燥后陶瓷纤维膜厚度100~300μm，最后将干燥好的陶瓷纤维膜经过辊压，得到50~150μm 厚度的陶瓷纤维膜。
2.根据权利要求 1 所述的应用于锂离子电池的陶瓷纤维膜制备方法，其特征是，首先将氧化铝、氧化硅纤维和水按质量比 1:（0.8~1.2）: （2~3）在搅拌桶中混合进行高速搅拌，搅拌速度 800 r/min ~1000r/min，搅拌时间 1h~2h ； 将混合液进行静置沉降除渣后加入固含量 80% 的氧化铝溶胶，氧化铝溶胶加入量为除 渣后混合液质量的 1%~2%，继续搅拌，搅拌速度 500 r/min ~800r/min，搅拌时间 1h~2h ； 使用纸页抄片器对得到的混合液进行抄片，然后放入烘箱进行干燥，干燥温度 80℃，干 燥时间 24~36h，控制干燥后陶瓷纤维膜厚度 100~300μm, 最后将干燥好的陶瓷纤维膜经过 辊压，得到 50~150μm 厚度的陶瓷纤维膜。
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