CN115403941B - 一种改性凹土及其制备方法和应用 - Google Patents

一种改性凹土及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115403941B
CN115403941B CN202211191505.1A CN202211191505A CN115403941B CN 115403941 B CN115403941 B CN 115403941B CN 202211191505 A CN202211191505 A CN 202211191505A CN 115403941 B CN115403941 B CN 115403941B
Authority
CN
China
Prior art keywords
attapulgite
coating liquid
liquid according
attapulgite clay
separator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211191505.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115403941A (zh
Inventor
李峥
洪露英
冯玉川
何泓材
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu Qingyuan New Material Technology Co ltd
Original Assignee
Jiangsu Qingyuan New Material Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu Qingyuan New Material Technology Co ltd filed Critical Jiangsu Qingyuan New Material Technology Co ltd
Priority to CN202211191505.1A priority Critical patent/CN115403941B/zh
Publication of CN115403941A publication Critical patent/CN115403941A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115403941B publication Critical patent/CN115403941B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/40Compounds of aluminium
    • C09C1/42Clays
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/006Combinations of treatments provided for in groups C09C3/04 - C09C3/12
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/04Physical treatment, e.g. grinding, treatment with ultrasonic vibrations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/04Physical treatment, e.g. grinding, treatment with ultrasonic vibrations
    • C09C3/043Drying, calcination
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/06Treatment with inorganic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C3/00Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
    • C09C3/08Treatment with low-molecular-weight non-polymer organic compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

本发明提供一种改性凹土及其制备方法和应用,所述制备方法包括对凹土依次进行除磁、碱化、煅烧和有机改性处理的步骤,所述制备方法操作简单,且制备得到的改性凹土堆积密度小、电绝缘性好且化学稳定性高,使得采用其制备得到的凹土隔膜重量小、保液能力和吸液能力强,还具有优异的热收缩性能,进而可有效提高锂离子电池的比容量,改善锂离子电池的使用安全性,还有利于提高锂离子电池的电学性能。

Description

一种改性凹土及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于隔膜技术领域,具体涉及一种改性凹土及其制备方法和应用。
背景技术
锂电池隔膜主要功能是隔离正、负极,防止正、负直接接触而产生短路,引起电池的燃烧甚至爆炸,威胁人们的健康和安全。同时,隔膜为离子提供自由通道,形成导电回路;且众所周知,隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻直接影响电池容量、循环性能及安全性能等。近年来,人们采用对聚烯烃隔膜表面进行化学或物理涂覆改性等方法提高隔膜的耐热性和润湿性。
无机氧化铝陶瓷涂覆能显著提高锂离子电池隔膜的耐热性而被广泛应用,氧化铝陶瓷涂覆隔膜能够降低锂电池隔膜在高温时的热收缩,提高锂离子电池的安全性。CN106848152A公开了一种氧化铝陶瓷涂覆隔膜的制备方法,所述氧化铝陶瓷涂覆隔膜包括基膜层及基膜层一侧或双侧的氧化铝陶瓷涂层,所述氧化铝由醇盐经水解、抽滤、洗涤、干燥获得,所述醇盐水解过程中使用聚丙烯酸钠为分散剂,得到分散性好、大小均匀且粒径为0.05~2μm的氧化铝颗粒;该发明通过将醇盐溶解于去离子水或醇类有机溶剂中,使其发生水解反应生成氧化铝,避免了烧结工序,简化了隔膜的生产工艺,极大地降低生产成本。但是,氧化铝的价格呈上升趋势,增加了生产成本。
凹土是一种灰白色松散的无机非金属粉体材料,主要成分为二氧化硅和氧化铝。CN109065815A公开了一种结合功能陶瓷与凹土特性涂覆隔膜,由以下组分构成:锂离子快导体陶瓷粉,凹凸棒石纳米陶瓷纤维,分散剂,粘结剂,表面活性剂以及去离子水,其中各组分的质量比为:锂离子快导体陶瓷粉为80~90,凹凸棒石纳米陶瓷纤维为2~10,分散剂为0.5~2,粘结剂为1~10,表面活性剂为0.5~2以及去离子水为固体总质量的40~100。所述凹凸棒石纳米陶瓷纤维具有增稠的作用,取代常规涂覆陶瓷浆料中的增稠剂羧甲基纤维素钠的使用,减小有机物的含量;具有很好的流变性,使得浆料具有优良的悬浮性便于储存。但是这种涂覆隔膜的重量高,不利于锂离子电池比容量的提高。
因此,需要开发一种新的制备方法,制备得到堆积密度小、电绝缘性好且化学稳定性高的改性凹土,是目前急需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种改性凹土及其制备方法和应用,所述制备方法工艺简单,且制备得到的改性凹土堆积密度小、电绝缘性好且化学稳定性高,可以提高采用其制备得到的凹土隔膜的热收缩性能和保液、吸液能力,同时降低其重量,进而可以改善包含所述凹凸隔膜的锂离子电池的比容量、使用安全性和电学性能。
为达此目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供一种改性凹土的制备方法,所述制备方法包括:对凹土依次进行除磁、碱化、煅烧和有机改性处理,得到所述改性凹土。
本发明提供的改性凹土的制备方法包括对凹土依次进行除磁、碱化、煅烧和有机改性处理的步骤,其中,除磁助理可以去除凹土中的磁性单体,避免后续应用时造成锂离子电池微短路;碱化处理则可以让凹土中的成分呈现出氢氧化物的形式,便于后续高温处理后,得到高纯的氧化物矿物质;而煅烧处理可以除去凹土中多余的有机碱、结合水与部分沸石水;最后进行有机改性处理可以凹土中层与层之间的空隙变大,且在内部形成支撑结构,进而可以后续应用在隔膜中时可以增强隔膜对电解液的吸液和保液能力,有利于提高锂离子电池的电性能。
综上所述,本发明提供的制备操作简单且生产成本较低,且制备得到的改性凹土堆积密度小、电绝缘性好且化学稳定性高,使得采用其制备得到的凹土隔膜重量小、保液能力和吸液能力强,还具有优异的热收缩性能,进而可有效提高锂离子电池的比容量,改善锂离子电池的使用安全性,还有利于提高锂离子电池的电学性能。
优选地,所述凹土中氧化硅的质量百分含量为40~50%,例如41%、42%、43%、44%、45%、46%、47%、48%或49%等。
优选地,所述凹土中氧化铝的质量百分含量为8~20%,例如10%、12%、14%、16%、17%、18%或19%等。
优选地,所述除磁前还包括对凹土进行粉碎和过筛处理的步骤。
优选地,所述除磁的方法包括磁选除磁、酸浸除磁、微波催化除磁、双液除磁或絮凝除磁中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述除磁结束后还包括过滤和干燥的步骤。
优选地,所述碱化处理的方法包括添加碱性物质。
优选地,所述碱性物质包括三乙胺、三乙烯二胺、二甲氨基吡啶、乙二胺、N-甲基吗啉、四甲基乙二胺、乙醇胺或三乙醇胺中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述碱化后凹土的pH值为8~12,例如8.5、9、9.5、10、10.5、11或1.5等。
作为本发明的优选技术方案,所述碱化后凹土的pH值为8~12有助于提高煅烧后氧化物矿物质的纯度,如果pH值低于8,则碱性太弱,碱化效果不理想;如果pH值高于12,则会对产品形成损害,且对碱化剂的要求过高。
优选地,所述碱化后还包括静置和/干燥的步骤。
优选地,所述静置的时间为5~7h,例如5.2h、5.4h、5.6h、5.8h、6h、6.2h、6.4h、6.6h或6.8h等。
优选地,所述干燥的温度为80~120℃,例如85℃、90℃、95℃、100℃、105℃、110℃或115℃等。
优选地,所述煅烧的温度为400~600℃,例如420℃、440℃、460℃、480℃、500℃、520℃、540℃、560℃或580℃等。
优选地,所述煅烧的时间为3~12h,例如4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h或11h等。
优选地,所述煅烧结束后还包括磨粉和过筛的步骤。
优选地,所述过筛后凹土的粒径为100~1000目,例如200目、300目、400目、500目、600目、700目、800目或900目等。
优选地,所述有机改性处理所采用的改性剂包括有机季铵盐类改性剂。
优选地,所述有机季铵盐类改性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、溴代十六烷基吡啶、十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基二甲基苄基氯化铵中的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明的优选技术方案,所述制备方法包括如下步骤:
(1)预处理:对凹土进行粉碎和过筛,得到预处理后的凹土;
(2)除磁处理:对步骤(1)得到的预处理后的凹土进行除磁,得到除磁后的凹土;
(3)碱化处理:将步骤(2)得到的除磁后的凹土和碱性添加剂混合,使得pH值为8~12,在80~120℃下干燥,得到碱化后的凹土;
(4)煅烧处理:在400~600℃下对步骤(3)得到的碱化后的凹土进行煅烧3~12h,磨粉和过筛,得到粒径为100~1000目的煅烧后的凹土;
(5)有机改性处理:对步骤(4)得到的煅烧后的凹土进行有机改性处理,得到所述改性凹土。
第二方面,本发明提供一种改性凹土,所述改性凹土采用如第一方面所述的制备方法制备得到。
第三方面,本发明提供一种隔膜涂覆液,所述隔膜涂覆液包括如第二方面所述的改性凹土、溶剂、粘结剂和增稠剂。
优选地,所述隔膜涂覆液的固含量为20~40%,例如22%、24%、26%、28%、30%、32%、34%、36%或38%等。
优选地,所述隔膜涂涂覆液的溶质中改性凹土的质量百分含量为20~70%,例如25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%或65%等。
优选地,所述溶剂包括去离子水、醇类溶剂或吡咯烷酮类溶剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述粘结剂包括纤维素衍生物类粘结剂、聚氨酯类粘结剂或烯醇类粘结剂中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述增稠剂包括瓜尔胶、黄原胶、卡拉胶、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素钠中的任意一种或至少两种的组合。
第四方面,本发明提供一种凹土隔膜,所述凹土隔膜包括基膜和设置在所述基膜任意一层或者两侧的凹土涂覆层;
所述凹土涂覆层的原料包括如第三方面所述的隔膜涂覆液。
优选地,所述凹土涂覆层的厚度为1~5μm,例如1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm或4.5μm等。
优选地,所述基膜包括PP基膜或PE基膜。
第五方面,本发明提供一种锂离子电池,所述锂离子电池包括如第四方面所述的凹土隔膜。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明提供的改性凹土的制备方法包括对凹土依次进行除磁、碱化、煅烧和有机改性处理,所述制备方法操作简单,有效降低了生产成本;且制备得到的改性凹土堆积密度小,进而可减轻采用其制备得到的凹土隔膜的重量,提高锂离子电池的比容量,也在一定程度上降低了生产成本;
(2)并且,采用本发明提供的凹土隔膜具有优异的热收缩性能,进而能有效改善锂离子电池的使用安全性;
(3)另外,本发明提供的改性凹土的特殊的中空结构还能增强制备得到的凹土隔膜对电解液的吸液和保液能力,有利于锂离子电池的电学性能;
(4)最后,本发明通过进一步优化制备方法中碱化处理后的pH值,可以使得到的凹土隔膜在MD方向的热收缩率为1.3~1.6%,TD方向上的热收缩率为1.1~1.4%,吸液率为128~36%,保液率为108~122%。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
一种改性凹土的制备方法,其制备方法包括如下步骤:
(1)预处理:对1kg凹土进行粉碎和过150目筛网,得到预处理后的凹土;
(2)除磁处理:对步骤(1)得到的预处理后的凹土采用经过高效磁选设备除磁后,再采用质量百分含量为25%的硫酸浸泡12h,过滤后在120℃下干燥,得到除磁后的凹土;
(3)碱化处理:将步骤(2)得到的除磁后的凹土和三乙醇胺混合,使得pH值为11,静置6h后,在110℃下干燥,得到碱化后的凹土;
(4)煅烧处理:在500℃下对步骤(3)得到的碱化后的凹土进行煅烧4h,磨粉和过200目的筛网,得到煅烧后的凹土;
(5)有机改性处理:对步骤(4)得到的煅烧后的凹土浸入到质量百分含量为2%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中,混合搅拌2h,得到所述改性凹土。
实施例2
一种改性凹土的制备方法,其制备方法包括如下步骤:
(1)预处理:对1kg凹土进行粉碎和过150目筛网,得到预处理后的凹土;
(2)除磁处理:对步骤(1)得到的预处理后的凹土采用微波催化除铁,得到除磁后的凹土;
(3)碱化处理:将步骤(2)得到的除磁后的凹土和乙二胺混合,使得pH值为12,静置6h后,在110℃下干燥,得到碱化后的凹土;
(4)煅烧处理:在600℃下对步骤(3)得到的碱化后的凹土进行煅烧4h,磨粉和过250目的筛网,得到煅烧后的凹土;
(5)有机改性处理:对步骤(4)得到的煅烧后的凹土浸入到质量百分含量为2%的十二烷基二甲基苄基氯化铵水溶液中,混合搅拌2h,得到所述改性凹土。
实施例3
一种改性凹土的制备方法,其制备方法包括如下步骤:
(1)预处理:对1kg凹土进行粉碎和过150目筛网,得到预处理后的凹土;
(2)除磁处理:对步骤(1)得到的预处理后的凹土采用微波催化除铁,得到除磁后的凹土;
(3)碱化处理:将步骤(2)得到的除磁后的凹土和乙二胺混合,使得pH值为8,静置5h后,在120℃下干燥,得到碱化后的凹土;
(4)煅烧处理:在600℃下对步骤(3)得到的碱化后的凹土进行煅烧4h,磨粉和过250目的筛网,得到煅烧后的凹土;
(5)有机改性处理:对步骤(4)得到的煅烧后的凹土浸入到质量百分含量为2%的十二烷基二甲基苄基氯化铵水溶液中,混合搅拌2h,得到所述改性凹土。
实施例4
一种改性凹土的制备方法,其与实施例3的区别在于,碱化处理后凹土的pH值为7,其他条件、参数和步骤均与实施例3相同。
实施例5
一种改性凹土的制备方法,其与实施例3的区别在于,碱化处理后凹土的pH值为13,其他条件、参数和步骤均与实施例3相同。
对比例1
一种改性凹土的制备方法,其制备方法包括如下步骤:
(1)预处理:对1kg凹土进行粉碎和过150目筛网,得到预处理后的凹土;
(2)碱化处理:将步骤(1)得到的预处理后的凹土和三乙醇胺混合,使得pH值为11,静置6h后,在110℃下干燥,得到碱化后的凹土;
(3)煅烧处理:在500℃下对步骤(2)得到的碱化后的凹土进行煅烧4h,磨粉和过200目的筛网,得到煅烧后的凹土;
(4)有机改性处理:对步骤(3)得到的煅烧后的凹土浸入到质量百分含量为2%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中,混合搅拌2h,得到所述改性凹土。
对比例2
一种改性凹土的制备方法,其制备方法包括如下步骤:
(1)预处理:对1kg凹土进行粉碎和过150目筛网,得到预处理后的凹土;
(2)除磁处理:对步骤(1)得到的预处理后的凹土采用经过高效磁选设备除磁后,再采用质量百分含量为25%的硫酸浸泡12h,过滤后在120℃下干燥,得到除磁后的凹土;
(3)煅烧处理:在500℃下对步骤(3)得到的除磁后的凹土进行煅烧4h,磨粉和过200目的筛网,得到煅烧后的凹土;
(4)有机改性处理:对步骤(4)得到的煅烧后的凹土浸入到质量百分含量为2%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中,混合搅拌2h,得到所述改性凹土。
对比例3
一种改性凹土的制备方法,其制备方法包括如下步骤:
(1)预处理:对1kg凹土进行粉碎和过150目筛网,得到预处理后的凹土;
(2)除磁处理:对步骤(1)得到的预处理后的凹土采用经过高效磁选设备除磁后,再采用质量百分含量为25%的硫酸浸泡12h,过滤后在120℃下干燥,得到除磁后的凹土;
(3)碱化处理:将步骤(2)得到的除磁后的凹土和三乙醇胺混合,使得pH值为11,静置6h后,在110℃下干燥,得到碱化后的凹土;
(4)有机改性处理:对步骤(3)得到的碱化后的凹土浸入到质量百分含量为2%的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中,混合搅拌2h,得到所述改性凹土。
对比例4
一种改性凹土的制备方法,其制备方法包括如下步骤:
(1)预处理:对1kg凹土进行粉碎和过150目筛网,得到预处理后的凹土;
(2)除磁处理:对步骤(1)得到的预处理后的凹土采用经过高效磁选设备除磁后,再采用质量百分含量为25%的硫酸浸泡12h,过滤后在120℃下干燥,得到除磁后的凹土;
(3)碱化处理:将步骤(2)得到的除磁后的凹土和三乙醇胺混合,使得pH值为11,静置6h后,在110℃下干燥,得到碱化后的凹土;
(4)煅烧处理:在500℃下对步骤(3)得到的碱化后的凹土进行煅烧4h,磨粉和过200目的筛网,得到所述改性凹土。
应用例1
一种隔膜涂覆液,其制备方法包括:将50g改性凹土(实施例1)加入到120g去离子水中,搅拌混匀10min,再加入10g羧甲基纤维素醚和5g羟丙基瓜尔胶,均质研磨30min,得到所述隔膜涂覆液。
应用例2~5
一种隔膜涂覆液,其与应用例1的区别仅在于,分别采用实施例2~5得到的隔膜涂覆液替换实施例1得到的隔膜涂覆液,其他组分、用量和制备方法均与应用例1相同。
应用例6
一种凹土隔膜,其制备方法包括:将隔膜涂覆液(应用例1)涂覆于12μm的PE基膜的一侧,在60℃的真空烘烤下烘烤5min,形成厚度为2μm的凹土涂覆层,得到所述凹土隔膜。
应用例7~10
一种凹土隔膜,其与应用例1的区别仅在于,分别采用应用例2~5得到的隔膜涂覆液替换应用例1得到的隔膜涂覆液,其他条件、参数和制备方法均与应用例8相同。
对比应用例1~4
一种隔膜涂覆液,其与应用例1的区别仅在于,分别采用对比例1~4得到的隔膜涂覆液、未改性凹土和氧化铝替换实施例1得到的隔膜涂覆液,其他组分、用量和制备方法均与应用例1相同。
对比应用例5~8
一种凹土隔膜,其与应用例1的区别仅在于,分别采用对比应用例1~4得到的隔膜涂覆液替换应用例1得到的隔膜涂覆液,其他条件、参数和制备方法均与应用例8相同。
性能测试:
(1)吸液率:将凹土隔膜切成纵向方向MD为10cm,横向方向TD为10cm的尺寸,分别称重得到浸泡前样品重量记为w1,即干重;然后将其放入到摩尔浓度为1.0mol/L的电解液(常规电解液即可)中浸泡12h,浸泡完成后取出,擦去隔膜表面的多余液体,称重得到浸泡后样品重量记为w2,即湿重;然后将隔膜静置,使得隔膜中吸收的电解液全部挥发,称重后得到的再次干燥后样品重量记为w3,然后按照按如下公式计算吸液率和保液率:
吸液率=(浸泡后样品重量湿重w2-浸泡前样品重量干重w1)/浸泡前样品重量w1×100%;
保液率=(再次干燥后样品重量w3-浸泡前样品重量干重w1)/(浸泡后样品重量湿重w2-浸泡前样品重量干重w1)×100%。
(2)热收缩率:将凹土隔膜均切成纵向方向MD为10cm,横向方向TD为10cm的尺寸,将其放入到预先加热到150℃的烘箱中,在30min后取出,通过游标卡尺分别测量其的长度和宽度,热收缩率按如下公式计算:
纵向热收缩MD=(热处理前样品纵向长度-热处理后样品纵向长度)/热处理前样品纵向长度;
横向热收缩TD=(热处理前样品横向长度-热处理后样品横向长度)/热处理前样品横向长度。
按照上述测试方法对应用例6~10和对比应用例5~8得到的隔膜进行测试,测试结果如表1所示:
表1
根据表1数据可以看出:采用本发明提供的制备方法制备得到的改性凹土进一步制备得到的凹土隔膜具有优异的热收缩性能和吸液、保液能力。
且根据表1数据可以看出,通过进一步优化制备方法中碱化处理后的pH值,可以使得到的凹土隔膜在MD方向的热收缩率为1.3~1.6%,TD方向上的热收缩率为1.1~1.4%,吸液率为128~36%,保液率为108~122%。
通过比较应用例6和对比应用例5~8可以发现,本发明通过除磁、碱化、煅烧和有机改性处理四个步骤的结合的实现了凹土的改性并且应用到电池隔膜中时,具有较好的技术效果;四个步骤缺少其中任意一种会影响最终得到的凹土隔膜的性能。
且进一步比较应用例6和应用例9和10可以看出,在碱化过程中,pH值的也是关键影响因素,如果pH值控制不好,也会对最终得到的凹土隔膜的性能产生影响。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明一种改性凹土及其制备方法和应用,但本发明并不局限于上述实施例,即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (23)

1.一种隔膜涂覆液,其特征在于,所述隔膜涂覆液包括改性凹土、溶剂、粘结剂和增稠剂;
所述改性凹土通过如下方法制备,所述方法包括:对凹土依次进行除磁、碱化、煅烧和有机改性处理,得到所述改性凹土;
所述碱化处理的方法包括添加碱性物质混合使pH值为8~12;
所述碱性物质包括三乙胺、三乙烯二胺、乙二胺、N-甲基吗啉、四甲基乙二胺、乙醇胺或三乙醇胺中的任意一种或至少两种的组合;
所述煅烧的温度为400~600℃;
所述有机改性处理所采用的改性剂包括有机季铵盐类改性剂;
所述有机季铵盐类改性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基氯化铵、溴代十六烷基吡啶、十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基二甲基苄基氯化铵中的任意一种或至少两种的组合。
2.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述凹土中氧化硅的质量百分含量为40~50%。
3.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述凹土中氧化铝的质量百分含量为8~20%。
4.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述除磁前还包括对凹土进行预处理。
5.根据权利要求4所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述预处理包括粉碎和过筛的步骤。
6.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述除磁的方法包括磁选除磁、酸浸除磁、微波催化除磁、双液除磁或絮凝除磁中的任意一种或至少两种的组合。
7.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述除磁结束后还包括过滤和干燥的步骤。
8.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述碱化后还包括静置和/或干燥的步骤。
9.根据权利要求8所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述静置的时间为5~7 h。
10.根据权利要求8所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述干燥的温度为80~120℃。
11.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述煅烧的时间为3~12 h。
12.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述煅烧结束后还包括磨粉和过筛的步骤。
13.根据权利要求12所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述过筛后凹土的粒径为100~1000目。
14.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述改性凹土的制备方法包括如下步骤:
(1)预处理:对凹土进行粉碎和过筛,得到预处理后的凹土;
(2)除磁处理:对步骤(1)得到的预处理后的凹土进行除磁,得到除磁后的凹土;
(3)碱化处理:将步骤(2)得到的除磁后的凹土和碱性物质混合使pH值为8~12,静置5~7h,在80~120℃下干燥,得到碱化后的凹土;
(4)煅烧处理:在400~600℃下对步骤(3)得到的碱化后的凹土进行煅烧3~12 h,磨粉和过筛,得到粒径为100~1000目的煅烧后的凹土;
(5)有机改性处理:对步骤(4)得到的煅烧后的凹土进行有机改性处理,得到所述改性凹土。
15.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述隔膜涂覆液的固含量为20~40%。
16.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述隔膜涂覆液的溶质中改性凹土的质量百分含量为20~70%。
17.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述溶剂包括去离子水、醇类溶剂或吡咯烷酮类溶剂中的任意一种或至少两种的组合。
18.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述粘结剂包括纤维素衍生物类粘结剂、聚氨酯类粘结剂或烯醇类粘结剂中的任意一种或至少两种的组合。
19.根据权利要求1所述的隔膜涂覆液,其特征在于,所述增稠剂包括瓜尔胶、黄原胶、卡拉胶、羟乙基纤维素或羧甲基纤维素钠中的任意一种或至少两种的组合。
20.一种凹土隔膜,其特征在于,所述凹土隔膜包括基膜和设置在所述基膜任意一侧或者两侧的凹土涂覆层;
所述凹土涂覆层的原料包括如权利要求1-19任一项所述的隔膜涂覆液。
21.根据权利要求20所述的凹土隔膜,其特征在于,所述凹土涂覆层的厚度为1~5 μm。
22.根据权利要求20所述的凹土隔膜,其特征在于,所述基膜包括PP基膜或PE基膜。
23.一种锂离子电池,其特征在于,所述锂离子电池包括如权利要求20-22任一项所述的凹土隔膜。
CN202211191505.1A 2022-09-28 2022-09-28 一种改性凹土及其制备方法和应用 Active CN115403941B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211191505.1A CN115403941B (zh) 2022-09-28 2022-09-28 一种改性凹土及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211191505.1A CN115403941B (zh) 2022-09-28 2022-09-28 一种改性凹土及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115403941A CN115403941A (zh) 2022-11-29
CN115403941B true CN115403941B (zh) 2023-11-14

Family

ID=84167514

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211191505.1A Active CN115403941B (zh) 2022-09-28 2022-09-28 一种改性凹土及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115403941B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106916476A (zh) * 2017-04-11 2017-07-04 安徽博硕科技有限公司 一种凹凸棒表面漆及制备方法
CN109037550A (zh) * 2018-07-26 2018-12-18 中科(淮安)新能源技术开发有限公司 一种有机黏土矿物与聚偏氟乙烯共混制备锂电池涂覆隔膜的方法
CN109873150A (zh) * 2019-03-14 2019-06-11 西北师范大学 以坡缕石为原料制备纳米硅复合材料的方法
CN110157029A (zh) * 2019-05-29 2019-08-23 中科院广州能源所盱眙凹土研发中心 有机改性凹凸棒石共混陶瓷颗粒涂层商业聚烯烃类隔膜的制备方法
CN113422152A (zh) * 2021-04-25 2021-09-21 华东理工大学 改性隔膜及其制备方法、应用和锂离子电池

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109755641B (zh) * 2019-03-18 2021-05-11 珠海冠宇电池股份有限公司 一种锂离子电池用复合材料及其制备方法及锂离子电池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106916476A (zh) * 2017-04-11 2017-07-04 安徽博硕科技有限公司 一种凹凸棒表面漆及制备方法
CN109037550A (zh) * 2018-07-26 2018-12-18 中科(淮安)新能源技术开发有限公司 一种有机黏土矿物与聚偏氟乙烯共混制备锂电池涂覆隔膜的方法
CN109873150A (zh) * 2019-03-14 2019-06-11 西北师范大学 以坡缕石为原料制备纳米硅复合材料的方法
CN110157029A (zh) * 2019-05-29 2019-08-23 中科院广州能源所盱眙凹土研发中心 有机改性凹凸棒石共混陶瓷颗粒涂层商业聚烯烃类隔膜的制备方法
CN113422152A (zh) * 2021-04-25 2021-09-21 华东理工大学 改性隔膜及其制备方法、应用和锂离子电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN115403941A (zh) 2022-11-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109037550B (zh) 一种有机黏土矿物与聚偏氟乙烯共混制备锂电池涂覆隔膜的方法
CN102581267B (zh) 一种银-石墨烯复合材料及便捷生产银-石墨烯复合材料的方法
CN101259964B (zh) 一种以稻壳灰为原料常压干燥制备高性能二氧化硅气凝胶的方法
CN105789571A (zh) 多孔碳球包裹的硅/二氧化硅纳米复合材料及其制备方法和应用
CN111600000B (zh) 一种碳纳米管石墨烯/硅碳复合材料、其制备方法及应用
CN110706934A (zh) 一种硫自掺杂硬碳超级电容器电极材料及制备方法
CN106299294A (zh) 一种二氧化锡纳米晶/二氧化钛纳米管复合材料的制备方法
CN110635122A (zh) 超薄褶皱碳层包覆ZnS复合夹层材料及其制备方法和用途
CN107706378B (zh) 基于富碳/氧官能团的高性能多孔锂硫电池正极材料的制备方法与应用
CN112510173A (zh) 中空负极材料、其制备方法及含有其的锂离子电池
CN108298519A (zh) 一种利用硅溶胶增强型炭气凝胶的制备方法
CN115403941B (zh) 一种改性凹土及其制备方法和应用
CN109449012B (zh) 泡沫镍负载的纳米碳材料气凝胶复合电极材料的制备方法
CN112707388A (zh) 一种锂电子电池电极用石墨烯纳米材料复合物
CN107369802B (zh) 一种纤维素涂布锂离子电池隔膜及其制备方法
CN111092186B (zh) 一种基于自组装技术制备pe基锂离子电池隔膜的方法和应用
CN101581054A (zh) 一种涂胶碱性电池隔膜纸的纸浆料及应用该纸浆料制备隔膜纸的制备工艺
CN109360739B (zh) 负载镍/氧化镍的碳纳米纤维电极材料的制备方法
CN111302326A (zh) 一种铅碳电池用氮掺杂分级多孔碳材料及其制备方法
CN113838677B (zh) 一种N掺杂多孔碳复合中空NiCo2O4电极材料的制备及应用
CN110157029A (zh) 有机改性凹凸棒石共混陶瓷颗粒涂层商业聚烯烃类隔膜的制备方法
CN109686575A (zh) 一种氧化锡纳米片/聚苯胺复合材料的制备方法
CN101944606A (zh) 一种超级碱性二次电池正极及其制备方法
CN110993950B (zh) 一种核壳结构正极材料、其制备方法和在锂离子电池中的应用
CN113506866A (zh) 一种碳包覆的Fe2O3/硬碳复合材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant