[发明专利]氢氧化镁纳米纤维复合隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氢氧化镁纳米纤维复合隔膜及其制备方法。该复合隔膜由氢氧化镁纳米纤维、基膜和粘结剂组成。首先将可溶性镁盐、氨水和造孔剂置于高压釜中，在水热条件下反应得到氢氧化镁纳米纤维；再将氢氧化镁纳米纤维、粘结剂和N‑甲基吡咯烷酮混合并搅拌，得到涂层胶液；将胶液涂覆在基膜两侧，并浸泡于乙醇和水的混合溶液中一定时间，真空干燥，得到复合隔膜成品。本发明制备的氢氧化镁纳米纤维复合隔膜，既能提升锂离子电池的热稳定性，抑制热失控的发生与蔓延，又能改善锂离子电池的倍率性能。

技术领域

本发明属于有机-无机复合材料制备领域，具体涉及一种锂离子电池用氢氧化镁纳米纤维复合隔膜及其制备方法。

背景技术

作为一种二次电池，锂离子电池在越来越多的领域得到了应用，现已广泛用作各类电子产品和电动车的电源。隔膜是锂离子电池的关键组件，直接影响着电池的容量、内阻、使用寿命以及安全性能。目前商品化的锂离子电池隔膜以聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）等聚烯烃构成的微孔膜为主。受聚烯烃材料熔点的限制，上述隔膜的破膜温度较低，如PE膜约140 ℃，PP 膜约160 ℃，在电池使用不当时极易造成隔膜收缩，甚至熔化，导致电池短路而引起燃烧和爆炸等严重事故。

针对传统聚烯烃隔膜的缺陷，研究者开发出了陶瓷涂覆隔膜（如CN201210388888.1，CN201710046705.0）。已投放市场的主要是氧化铝涂覆隔膜，该类隔膜能够增大热闭孔温度与破膜温度的温度差，在一定程度上改善隔膜的安全性能，但当电池出现灾难性热失控，温度急剧上升时，该类隔膜就难以应对了。此外，若陶瓷层不够致密，则对隔膜的耐热性改善不明显，若过于致密，则增大电池内阻，使得电池循环性和倍率性变差（化工进展，2015，34，456）。

发明内容

本发明针对以上技术问题，提出一种氢氧化镁纳米纤维复合隔膜及其制备方法，可在不降低电池电化学性能的前提下，显著提升隔膜耐受热失控的能力。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：

本发明所述的氢氧化镁纳米纤维复合隔膜，由氢氧化镁纳米纤维、基膜和粘结剂组成。其中，氢氧化镁纳米纤维长0.6~5微米，直径15~150纳米，比表面积大于150 m²·g^-1；基膜为聚烯烃微孔膜或无纺布中的一种；粘结剂为聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、丁苯乳胶、聚乙烯吡咯烷酮、聚（4-苯乙烯磺酸锂）或硅溶胶中的一种或几种。

所述氢氧化镁纳米纤维的制备方法为：在水中加入0.01~0.2 mol·L^-1的可溶性镁盐（氯化镁、溴化镁、碘化镁、硫酸镁、硝酸镁或醋酸镁中的一种），充分搅拌使之完全溶解；再加入10~300 mL·L^-1的氨水和1~15 g·L^-1的造孔剂（尿素、碳酸铵、碳酸氢铵或聚乙烯吡咯烷酮中的一种），密封于高压釜中，在100~180 ℃反应10~24小时后，置于0 ℃的水中骤冷，得到含有白色沉淀的浑浊液；将该浑浊液离心分离、洗涤，收集白色沉淀，真空干燥后即获得氢氧化镁纳米纤维。

所述氢氧化镁纳米纤维复合隔膜的制备方法为：第一步，将氢氧化镁纳米纤维、粘结剂和N-甲基吡咯烷酮（NMP）按一定比例混合，搅拌20~40分钟，得到涂层胶液；第二步，将第一步所得胶液在基膜两侧均匀涂覆；第三步，将涂覆好的隔膜浸泡于体积比为1:5~1:10的乙醇和水混合溶液中，8~16小时后取出，在40~60 ℃条件下真空干燥6~12小时，即可得到氢氧化镁纳米纤维复合隔膜。