[发明专利]氧化铝固体隔膜及其制备方法、电化学电池或电容器

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，特别是涉及一种氧化铝固体隔膜及其制备方法。本发明还涉及一种电化学电池或电容器。

背景技术

随着人类生产力的发展，越来越多的汽车行驶在城市、乡村的大街小巷中。汽车的普及给人们的生活带来了极大的便利。然而，伴随而来的问题也越来越严重。石油等不可再生能源的消耗不断加速，汽车尾气的排放给环境造成的影响也不断扩大。目前，人们为了解决这些问题提出发展电动汽车，以期取代传统汽车。而其中的关键在于是否有能量密度、功率密度足够大，循环寿命足够长、安全可靠的动力电池取代内燃机。而决定动力电池安全性的关键在于其中的隔膜，其主要的功能是隔绝正负极以防止电池自我放电及两极短路等问题。

目前锂离子电池普遍采用的隔膜为多孔聚烯烃隔膜。然而这种隔膜不仅对电解质的润湿性能差，而且耐热温度偏低、高倍率性能差。难以满足动力电池对安全性能及高倍率性能的要求。因此，为了满足更高的要求，需要研究性能更好的隔膜。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供一种氧化铝固体隔膜及其制备方法，该方法通过将加入了造孔剂的氧化铝粉体施压成型，并经高温烧结形成固体隔膜，该隔膜熔点高、受热不会发生收缩、且孔径适合，从而可有效提高电化学电池或电容器的安全性。本发明还相应提供了一种电化学电池或电容器。

第一方面，本发明提供了一种氧化铝固体隔膜的制备方法，包括以下步骤：

将平均粒径为0.1~1μm的氧化铝粉体与造孔剂按质量比4:6~8:2混合，球磨6~48小时，形成混合粉体；

将所述混合粉体过筛，筛网目数为1000~5000目，得到分散的混合粉体；

将所得分散的混合粉体采用干压成型或冷等静压成型，得到素坯；

将所得素坯置于空气气氛或氧气气氛的烧结炉中，以1~10℃/min的速率升温至800~1100℃，保温1~12小时后，继续以5~20℃/min的速率升温至1300~1800℃，保温2~6小时后，冷却，即得氧化铝固体隔膜。

所述氧化铝粉体的纯度优选为99.99%及以上，最好是99.999%以上。

优选地，所述氧化铝粉体的平均粒径为0.1~0.5μm。

优选地，所述球磨的时间为12~24小时。球磨能使氧化铝粉体进一步地粉碎，并与造孔剂混合均匀。

优选地，所述造孔剂为乙二胺四乙酸。

造孔剂的加入，能使氧化铝粉体在干压成型或冷等静压成型得到的素坯中，产生大量微孔，而通过控制造孔剂的加入量则可很好地控制微孔的数量和孔径，从而使其适合作为电池或电容器的隔膜。

优选地，所述氧化铝粉体与造孔剂按质量比5:5~7:3混合。

将球磨后所得的混合粉体过1000~5000目筛，得到分散的混合粉体。过筛的目的是除去混合粉体中的较大颗粒，同时进一步地使得氧化铝粉体与造孔剂充分混合均匀。

优选地，所述过筛所用的筛网目数为3000~5000目。

优选地，所述干压成型时所采用的压力为10~20MPa。

优选地，所述冷等静压成型时所采用的压力为100~200MPa。

通过干压成型或冷等静压成型，可以得到氧化铝粉体形成的致密的素坯。而通过进一步的烧结，成型的素坯将进一步变致密，同时烧结过程中形成大量微孔，最终得到氧化铝固体隔膜。

优选地，所述烧结过程中，先以3~7℃/min的速率升温至900~1000℃，保温4~8小时后，继续以10~15℃/min的速率升温至1500~1700℃，保温3~5小时。

为了获得良好的微孔结构，并有效去除造孔剂，需要控制适当的气体流速。

优选地，所述空气或氧气的气体流速为0.5~5L/min。

更优选地，所述空气或氧气的气体流速为2~4L/min。

与现有技术相比，本发明方法制备得到的氧化铝固体隔膜，由于采用无机粉体为材料，具有很高的熔点，高温下不会像聚烯烃隔膜那样发生收缩，因而具有很高的安全性；同时这种隔膜具有发达的气孔结构以及较大的极性能够被电解质充分浸润，因此不会像其他固体电解质或聚合物电解质那样会有较大的电阻，有利于提高电化学电池或电容器的大电流充放电性能。

第二方面，本发明提供了一种由上述制备方法制备得到的氧化铝固体隔膜。该氧化铝固体隔膜的孔隙率为45~65%，平均孔径为0.4~0.7μm，厚度为0.1~0.5mm。