[发明专利]一种锂、钠离子电池阻燃剂及其制备和应用方法

说明书

本发明公开了一种锂、钠离子电池阻燃剂及其制备和应用方法。其制备方法是利用施加一定电压和频率的交流电设备，电解置于无机盐电解质溶液中的金属铝工作电极，电解产物经过离心、洗涤、干燥、保护氛围下煅烧，即可得到颗粒大小均一的三氧化二铝阻燃剂，并将其应用于锂、钠离子电池。该方法操作简单、产率高、绿色环保、生产成本低廉，有利于工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂、钠离子电池阻燃剂制备技术领域，具体涉及一种Al₂O₃阻燃剂及其制备方法，和其在锂、钠离子电池中的应用。

背景技术

锂离子电池作为二次电池，具有比能量高、循环性能好和污染小等优势在各种电器上得到广泛的应用。钠离子电池由于钠资源丰富、价格低廉等优点，几年来得到广大研究者的重视。但是它们都有一个共同的缺点：锂、钠离子电池的电解液基本是易燃的有机溶剂，在高倍率充放电、短路或者高温下条件下时，电池的内部会迅速升温，导致燃烧、爆炸。因此安全问题一直制约着锂、钠离子电池的应用。在电池的电解液中添加阻燃剂的方法是目前解决电池安全性能问题简单可行的办法。

目前，常用的阻燃剂有苯的衍生物阻燃剂、磷系阻燃剂及卤系阻燃剂。虽然这几类阻燃剂都能达到阻燃的目的，但会对电池的性能造成不利影响，例如使电池的容量衰减加快、输出功率降低和低温性能变差等。三氧化二铝作为一种无机物，具有很高的热稳定性及化学惰性，作为电池阻燃剂是一个很好的选择。但对三氧化二铝的粒径大小、均匀性、结晶度和纯度等性能具有很高的要求。现在制备高纯氧化铝粉体的主要方法有改良拜耳法、铵明矾分解法及其改进型碳酸铝铵热分解法、有机铝分解法、醇盐水解及铝粉水中放电法。这些方法生产出来的三氧化二铝一般为无定型硬团聚颗粒，粒径分布宽，并且性能差、价格高、工艺复杂，甚至污染环境，从而极大的限制了其在各个方面的应用。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种操作简单、产率高、无团聚、粒径分布窄、性能优良、绿色环保、生产成本低廉的三氧化二铝阻燃剂及其制备方法，并将其作为阻燃剂，将其应用于锂、钠离子电池。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂、钠离子电池阻燃剂的制备方法：利用交流电设备，电解置于无机盐电解质溶液中的金属铝工作电极，电解产物经过离心、洗涤、干燥、保护氛围下煅烧，即得锂、钠离子电池阻燃剂三氧化二铝。

所述无机盐包括可溶性氯盐、可溶性硫酸盐、可溶性硝酸盐、可溶性碳酸盐中至少一种；所述可溶性氯盐包括氯化钠，氯化钾，氯化钙，氯化铵，氯化锰，氯化铅，氯化镁，氯化铁，氯化铝中的至少一种；可溶性硫酸盐包括硫酸钠，硫酸铵，硫酸钾，硫酸镁，硫酸锰，硫酸铝中的至少一种；可溶性硝酸盐包括硝酸钠，硝酸钾，硝酸铵，硝酸钙，硝酸铅，硝酸锰，硝酸镁中的至少一种；可溶性碳酸盐包括碳酸钠，碳酸铵，碳酸钾，碳酸氢钠，碳酸氢钾，碳酸氢铵中至少一种。优选为可溶性氯盐包括氯化钠，氯化钾，氯化钙，氯化铵，氯化镁中的至少一种；可溶性硫酸盐包括硫酸钠，硫酸钾，硫酸镁中的至少一种；可溶性硝酸盐包括硝酸钠，硝酸钾，硝酸铵，硝酸镁中的至少一种；可溶性碳酸盐包括碳酸钠，碳酸铵，碳酸钾中至少一种。

所述无机盐电解质溶液的浓度为0.05～3.0mol/L。优选为0.5～2.5mol/L。

所述交流电设备施加的电压为1.5～50V，频率为40～400Hz。优选为2.5～30V，频率为40～120Hz。

所述金属铝电极浸没在电解质溶液中的面积为2～100cm²。优选为2～50cm²。

所述工作电极的构造为铝/铝工作电极、铝/铂工作电极、铝/石墨棒工作电极、铝/镍工作电极和铝/金工作电极中至少一种。

所述煅烧温度为350～1200℃，所述煅烧时间为1.5～24h。

所述煅烧过程中升温速率为1～20℃/min。