CN115340115B - 高清洁勃姆石及其制备方法、勃姆石浆料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于新材料领域，具体涉及一种高清洁勃姆石及其制备方法、勃姆石浆料及其制备方法。高清洁勃姆石粒径为0.1‑3微米，+25um磁性异物含量小于30个/kg。高清洁勃姆石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将勃姆石原料加水配置成勃姆石浆料；S2、通过水热反应进行晶型转换；S3、浆料清洗；S4、过滤出水，得到块状勃姆石；S5、过热蒸汽烘干；S6、除磁性异物，得到高清洁勃姆石。本发明的有益效果是：本发明通过过热蒸汽干燥，得到的块状勃姆石粉体分散性较好，磁性异物容易除去，得到的微米勃姆石中，+25um磁性异物含量不超过30个/kg，涂布的隔膜合格率大于98%。

Description

高清洁勃姆石及其制备方法、勃姆石浆料及其制备方法

技术领域

本发明属于新材料领域，具体涉及一种高清洁勃姆石及其制备方法、勃姆石浆料及其制备方法。

背景技术

勃姆石(Boehmite)又称一水软铝石，属于铝矿石的一种。通常来说，铝矿石主要有一水硬铝石﹑一水软铝石和三水铝石，都是工业炼铝的矿石原料。勃姆石在自然界中天然存在，但这种勃姆石难以提纯，并不能直接作为工业用品。目前工业用勃姆石采用化学法制备，采用铝化合物为原料，例如氯化铝、硝酸铝、铝醇盐、氧化铝、氢氧化铝等，但由于氯化铝、硝酸铝、铝醇盐等原料价格高昂，难以用作大规模产业化。目前产业化用原料主要为氧化铝、氢氧化铝。

在新能源电池领域，由于勃姆石硬度小于氧化铝，目前被广泛用于替代锂电池隔膜涂层中的氧化铝。目前动力电池隔膜涂覆材料所用的γ型勃姆石是通过氢氧化铝、氧化铝通过水热法制备而成的高纯度勃姆石粉体材料。粒径一般在3微米以下，根据不同涂布要求，可以进一步分为微米级、纳米级。

目前块状勃姆石的制备工艺是，以氢氧化铝、氧化铝为原料，水热法制备勃姆石，在制备过程，对得到的浆料(勃姆石+水)进行除磁性异物-喷雾干燥-气流打散得到勃姆石成品。由于工业化生产需要提高生产效率，因此浆料中固含量(一般高于20％)较高或粘度大于500cps，在没有分散剂等助剂存在的条件下，由于水热反应过程中没有搅拌，浆料中的勃姆石颗粒容易团聚、沉降，导致部分磁性异物被包裹或吸附在勃姆石颗粒上，难以去除。而且随着粒径的变小，浆料的粘度增大，团聚严重，去除难度加大。这些磁性异物一旦进入电池中，容易造成尖端放电，导致隔膜击穿、电池短路，对电池的安全性造成危害。目前微米级的勃姆石中+25um磁性异物(小于25微米磁性异物)含量不高于50个/kg，客户使用后隔膜的合格率约为95％；但如果进一步提高合格率，就需要磁性异物含量进一步降低。为此研发人员提高了磁性异物去除设备的磁性强度、去除时长等，但均没有得到改善。

日本专利JP2018165221A，公开了氢氧化铝粉末中加入反应促进剂，通过在水蒸气气氛下进行干燥，获得高粒径和高纵横比板状勃姆石。研发人员测试发现，该勃姆石与采用水热法得到的勃姆石相比，虽然没有结块现象，但仍有小颗粒团聚。将其实施例得到的勃姆石采用除磁性异物装置处理后，加入水、分散剂配制为浆料，测试磁性异物，发现+25um磁性异物(小于25微米磁性异物)含量59-73个/kg。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种高清洁勃姆石及其制备方法、勃姆石浆料及其制备方法，磁性异物含量小，隔膜涂布后合格率高。

本发明提供了如下的技术方案：

本发明的目的之一是提供一种高清洁勃姆石，粒径为0.1-3微米，+25um磁性异物含量小于30个/kg。

本发明的目的之二是提供一种高清洁勃姆石的制备方法，，包括如下步骤：

S1、将勃姆石原料加水配置成勃姆石浆料；

S2、通过水热反应进行晶型转换；

S3、浆料清洗；

S4、过滤出水，得到块状勃姆石；

S5、过热蒸汽烘干；

S6、除磁性异物，得到高清洁勃姆石。

优选的，所述S1中，勃姆石原料包括氧化铝、氢氧化铝中的一种，勃姆石浆料固含量为5％-50％。

优选的，所述S2中，水热反应条件为：温度160-200℃、压强0.6-1.6MPa、时间20-60h。

优选的，所述S3中，将浆料清洗至电导率小于50μS/cm。

优选的，所述S5中，过热蒸汽烘干条件为：温度150-190℃、压力0.1MPa-2MPa、时间30-120min。

优选的，所述S6中除磁性异物的方法为：将烘干后的勃姆石放置在除磁性设备中，磁性强度不小于6000Gs环境下，处理时间1-3h。

本发明的目的之三是提供一种高清洁勃姆石浆料的制备方法，向上述经过步骤S5处理后的粉体加水，除磁性异物，得到高清洁勃姆石浆料。

本发明的目的之四是提供一种高清洁勃姆石浆料，采用上述方法得到，其中，勃姆石含量10％-55％。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过过热蒸汽干燥，得到的块状勃姆石粉体分散性较好，磁性异物容易除去，得到的微米勃姆石中，+25um磁性异物含量不超过30个/kg，涂布的隔膜合格率大于98％。

研发人员分析可能的原因是块状勃姆石在长宽高三个维度上相差并不大，导致彼此之间接触面较相对较小，团聚后形成的孔隙较多。与常规的喷雾干燥、烘干等方式相比，在过热蒸汽干燥过程中，勃姆石内部含有的水分在外部过热蒸汽驱动下，能够通过这些孔隙大量逃脱出来，破坏团聚体内部的结合力，使得干燥更充分，勃姆石粉体分散性更好，从而在后面除磁性异物步骤中，+25um磁性异物能够更加容易的被除去。

2、由于现有的喷雾干燥、气流打散工艺效率低，单位时间产量、能耗均较高，能耗大约为2000KW/吨，本发明采用过热蒸汽干燥，能够提高效率，能耗大约为550KW/吨，有效降低生产成本。

附图说明

图1实施例1所得勃姆石SEM；

图2实施例3所得勃姆石SEM；

图3实施例6所得勃姆石SEM；

图4实施例9所得勃姆石SEM。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做具体说明。

所述氧化铝为工业氧化铝D50为10μm；氢氧化铝D50为8μm，除磁性设备使用的为佛山市高明星源机械有限公司生产的型号XYYC-6000。

实施例1

高清洁洁勃姆石浆料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将1000KG氢氧化铝原料与去离子水混合形成固含量为25％的浆料；

S2、在温度160℃、压强0.6MPa的条件下处理40h，水热反应进行晶型转换；

S3、使用去离子清洗至电导率小于50μS/cm；

S4、过滤出水，得到块状勃姆石；

S5、过热蒸汽干燥：150℃、0.1MPa、120min，得到平均粒径约为0.9μm勃姆石；

S6、向S5中得到的勃姆石加水，配置成固含量为10％浆料；采用磁性强度6000Gs的除磁性设备处理2小时，得到高清洁勃姆石浆料。

经检测，本实施例得到的高清洁勃姆石浆料中+25um磁性异物6个/kg(以固含量计算)。

S5步骤单位产量耗能：576KW/吨。

实施例2

本实施例与实施例1的区别之处在于“S1、将氢氧化铝原料与去离子水混合形成固含量为35％的浆料”，其他与实施例1完全相同。

本实施例得到的高清洁勃姆石浆料中+25um磁性异物10个/kg(以固含量计算)。

勃姆石平均粒径约为：0.7μm。

S5步骤单位产量耗能：593KW/吨。

实施例3

本实施例与实施例1的区别之处在于“S1、将氢氧化铝原料与去离子水混合形成固含量为50％的浆料”，其他与实施例1完全相同。

本实施例得到的高清洁勃姆石浆料中+25um磁性异物15个/kg(以固含量计算)。

勃姆石平均粒径约为：0.6μm。

S5步骤单位产量耗能：617KW/吨。

实施例4

本实施例与实施例1的区别之处在于“S6、向S5中得到的勃姆石加水，配置为固含量40％浆料”，其他与实施例1完全相同。

本实施例得到的高清洁勃姆石浆料中+25um磁性异物5个/kg(以固含量计算)。

实施例5

本实施例与实施例1的区别之处在于“S6、向S5中得到的勃姆石加水，配置为固含量55％浆料”，其他与实施例1完全相同。

本实施例得到的高清洁勃姆石浆料中+25um磁性异物6个/kg。(以固含量计算)。

实施例6

高清洁洁勃姆石的制备方法：

S1、将1000KG氧化铝原料与去离子水混合形成固含量为25％的浆料；

S2、在温度190℃、压强1.25MPa的条件下处理30h，水热反应进行晶型转换；

S3、使用去离子清洗至电导率小于50μS/cm；

S4、过滤出水，得到块状勃姆石；

S5、过热蒸汽干燥：170℃、1.4MPa、50min，得到平均粒径为1.5μm勃姆石；

S6采用磁性强度10000Gs的除磁性设备处理1.5h，得到高清洁勃姆石。

本实施例得到的高清洁勃姆石中+25um磁性异物4个/kg。

S5步骤单位产量耗能：519KW/吨。

实施例7

本实施例与实施例6的区别之处在于“S1、将氧化铝原料与去离子水混合形成固含量为35％的浆料”，其他与实施例6完全相同。

本实施例得到的高清洁勃姆石中+25um磁性异物10个/kg。

勃姆石平均粒径为：1.4μm。

S5步骤单位产量耗能：531KW/吨。

实施例8

本实施例与实施例6的区别之处在于“S1将氧化铝原料与去离子水混合形成固含量为55％的浆料。”，其他与实施例1完全相同。

本实施例S7得到的勃姆石中+25um磁性异物8个/kg。

勃姆石平均粒径为：0.7μm。

S5步骤单位产量耗能：595KW/吨。

实施例9

高清洁洁勃姆石的制备方法：

S1、将1000KG氧化铝原料与去离子水混合形成固含量为25％的浆料；

S2、在温度150℃、压强0.5MPa的条件下处理28h，水热反应进行晶型转换；

S3、去离子清洗至电导率小于50μS/cm；

S4、过滤出水，得到块状勃姆石；

S5、过热蒸汽干燥：190℃、2MPa、120min，得到平均粒径为0.2μm勃姆石；

S6采用磁性强度10000Gs的除磁性设备处理3h，得到高清洁勃姆石。

本实施例得到的高清洁勃姆石中+25um磁性异物20个/kg。

S5步骤单位产量耗能：641KW/吨。

对比例1

本对比例与实施例1的区别之处在于“S5、喷雾干燥、气流打散，得到平均粒径约为0.9μm勃姆石”，其他与实施例1完全相同。

本对比例得到的勃姆石浆料中+25um磁性异物44个/kg(以固含量计算)，共耗时24hr。

S5步骤单位产量耗能：1845KW/吨。

对比例2

本对比例与实施例6的区别之处在于“S5、喷雾干燥、气流打散，得到平均粒径约为1.5μm勃姆石”，其他与实施例1完全相同。

本对比例得到的勃姆石中+25um磁性异物42个/kg，共耗时30hr。

S5步骤单位产量耗能：1739KW/吨。

对比例3

本对比例与实施例9区别在于“S5、喷雾干燥、气流打散，得到平均粒径约为0.2μm的勃姆石。

本对比例得到的勃姆石中+25um磁性异物47个/kg，共耗时48hr。

S5步骤单位产量耗能：2264KW/吨。

结果检测

将实施例1-9、对比例1-3得到的勃姆石浆料(按照勃姆石固含量计算)、勃姆石粉体分别与羧甲基纤维素、聚氧乙烯二油酸酯、去离子水按质量比30:15:1:54配成涂布液，在厚度20微米隔膜上涂布，涂层厚度为8微米。通过瑕疵检测仪测试磁性异物引起的隔膜缺陷，隔膜合格率合格率如表1：

将实施例1-9、对比例1-3得到的勃姆石浆料(按照勃姆石固含量计算)、勃姆石粉体分别与分散剂聚氧乙烯二油酸酯、去离子水按质量比30:1:54，配成浆料，测试磁性异物含量，如表1。

磁性异物测试方法如下：

(1)用A、B两个干净的尼龙桶，分别装入6L纯水，用10000Gs磁棒对纯水去磁。

(2)称取1000g样品，加入去磁后的A桶中，放入磁棒后盖紧桶盖。

(3)将A桶放到滚动设备上滚动不少于5min后，取出磁棒放入B桶内,，盖上盖子继续滚动不少于5min，洗掉磁棒上的非磁性异物。

(4)滚动结束后，取出磁棒，将吸附在磁棒上的磁性异物移到烧杯中漂洗至水清澈。

(5)向烧杯中加入20ml按1：1比例稀释后的盐酸(10％)，放入超声波中震荡2min。

(6)放在抽滤瓶上进行抽滤，并清洗至中性。

(7)抽滤结束后，将滤膜移至干燥箱中干燥。

(8)将干燥的滤膜放在JOMESA清洁度仪器下进行计数。

表1

从表1可以看出，采用喷雾干燥、气流打散得到的勃姆石磁性异物含量较高，隔膜的合格率较低。采用过热蒸汽干燥得到的勃姆石磁性异物低，加入分散剂后，经检测磁性异物也未显著增加，说明勃姆石中的磁性异物在生产阶段得到了较好的去除。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高清洁勃姆石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将勃姆石原料加水配置成勃姆石浆料；

S2、通过水热反应进行晶型转换；

S3、浆料清洗；

S4、过滤出水，得到块状勃姆石；

S5、过热蒸汽烘干；

S6、除磁性异物，得到高清洁勃姆石；

所得高清洁勃姆石粒径为0.1-3微米，小于25微米磁性异物含量小于30个/kg。

2.根据权利要求1所述的一种高清洁勃姆石的制备方法，其特征在于，所述S1中，勃姆石原料包括氧化铝、氢氧化铝中的一种，勃姆石浆料固含量为5%-50%。

3.根据权利要求1所述的一种高清洁勃姆石的制备方法，其特征在于，所述S2中，水热反应条件为：温度160-200℃、压强0.6-1.6MPa、时间20-60h。

4.根据权利要求1所述的一种高清洁勃姆石的制备方法，其特征在于，所述S3中，将浆料清洗至电导率小于50μS/cm。

5.根据权利要求1所述的一种高清洁勃姆石的制备方法，其特征在于，所述S5中，过热蒸汽烘干条件为：温度150-190℃、压力0.1MPa-2MPa、时间30-120min。

6.根据权利要求1所述的一种高清洁勃姆石的制备方法，其特征在于，所述S6中除磁性异物的方法为：将烘干后的勃姆石放置在除磁性设备中，磁性强度不小于6000Gs环境下，处理时间1-3h。