[发明专利]一种锂离子电池陶瓷涂层复合隔膜的制备方法

说明书

本发明提供一种锂离子电池陶瓷涂层复合隔膜的制备方法，采用十六烷基三甲基溴化铵、聚环氧乙烷‑聚环氧丙烷‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物作为模板剂，脲作为沉淀剂，通过水热法制备氧化铝前驱体，依次经过N₂氛围焙烧和空气氛围焙烧，得到多孔氧化铝纳米颗粒，再制备多孔氧化铝纳米颗粒分散均匀的浆状物，涂覆于PE隔膜上。本发明所制备的陶瓷涂层复合隔膜应用于锂离子电池，使电池具有良好的充放电容量及循环性能。

【技术领域】

本发明属于电池隔膜材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池陶瓷涂层复合隔膜的制备方法。

【背景技术】

近年来，已有多种隔膜应用于电池，其经历了由纤维素纸和玻璃纸制造的无纺布、泡沫材料、离子交换膜和聚合物材料制成的多孔膜等一系列的转变。选择隔膜的主要考虑因数有化学稳定性、机械性能、热稳定性、透过率、表面无静电、电解液浸润性、均匀性等，隔膜的质量直接影响了电池的安全性能及容量。目前，运用在电池上的隔膜大多数是微孔聚烯烃薄膜，如PE、PP或PP/PE/PP复合膜。虽然这些隔膜机械强度及化学稳定性优异，但在高温环境下会发生明显的热收缩效应，从而造成电池内部正负极短路或热失控。

为开发高耐热隔膜，国内外进行了大量研究工作。例如Kim等[Journal of PowerSources，2012，212，22-27]利用化学气相沉积法在隔膜表面生成SiO₂薄层，Jeong等[Journal of Membrane Science，2012，415-415，513-519]利用蒸发诱导法在隔膜表面制备SiO₂涂层，姚等[安徽大学学报，2014，38，73-79]采用微凹版涂覆工艺将混有氧化铝的颗粒浆料均匀涂覆在常规PE隔膜单侧，均取得较好效果。然而，这些方法制备工艺复杂，对涂层厚度、无机颗粒种类、粒径控制条件苛刻；且无机颗粒表面空隙和通道不够，容易堵塞隔膜表面孔隙，造成电池内部电阻变大，容量降低。鉴于此，实有必要提供一种锂离子电池陶瓷涂层复合隔膜的制备方法以克服上述缺陷。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种锂离子电池陶瓷涂层复合隔膜的制备方法，采用双模板剂及水热法制成氧化铝颗粒涂覆于锂离子电池隔膜表面，使陶瓷涂层复合隔膜具有抗高温热稳定性的同时，还具有良好的可逆性和循环稳定性。

本发明提供一种锂离子电池陶瓷涂层复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将环己烷、正戊醇和铝源按照20:(0.75～1.25):5的质量比混合，置于30～35℃水浴中搅拌均匀，形成混合液A；将十六烷基三甲基溴化铵和脲溶于去离子水中并置于30～35℃水浴中搅拌均匀，形成混合液B，所述十六烷基三甲基溴化铵、脲和去离子水的质量比为(0.0075～0.015):0.04:2.5；将聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物和浓盐酸溶于去离子水中搅拌均匀，形成混合液C，所述聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、浓盐酸和去离子水的质量比为(0.025～0.035):2:7.5；

2)将混合液B缓缓加入混合液A中搅拌形成乳浊液，再将混合液C缓缓加入乳浊液中继续搅拌11～15h，得到混合液D；

3)将混合液D置于100～120℃下水热晶化6～10h，冷却后得到产物，将产物过滤、洗涤，经真空干燥后，在500～600℃下N₂氛围中焙烧6～8h，再置于500～600℃下空气氛围中焙烧6～8h，得到多孔氧化铝纳米颗粒；

4)将N-甲基吡咯烷酮和聚偏氟乙烯按照92:8的质量比配制胶液，再将步骤3)中的多孔氧化铝纳米颗粒加入胶液中，真空高速搅拌18～36h，然后加入分散剂，混合均匀形成浆状物；将浆状物均匀涂布于PE隔膜的一侧，于80～110℃真空干燥18～36h即可。

在一个优选实施方式中，步骤1)中，所述铝源为异丙醇铝、硝酸铝或者氯化铝；所述浓盐酸的浓度为37～40％。