[发明专利]一种纤维加强的陶瓷隔膜、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种纤维加强的陶瓷隔膜、制备方法及应用。所述陶瓷隔膜由支撑结构和无机陶瓷粉体组成；所述陶瓷粉体的厚度为10μm～500μm，包括粒径为5nm～50μm的陶瓷颗粒，所述无机陶瓷粉体包覆于支撑结构的表面；所述支撑结构由无机纤维组成，所述无机纤维的直径为5nm‑50μm，长径比为10～100000:1。本发明制备方法便捷，通过无机纤维加强陶瓷隔膜的性能，为电池在高温下稳定工作提供了关键的部件，使其在电池中有重要应用。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种纤维加强的陶瓷隔膜、制备方法及应用。

背景技术

锂离子电池作为一种能量密度高、输出电压高、无记忆效应、循环性能优异、环境友好的化学电源体系，具有很好的经济效益、社会效益和战略意义，已被广泛应用于移动通讯、数码产品等各个领域，并极有可能成为储能和电动汽车领域最主要的电源系统。

但是，很多锂离子电池的应用场景都是高温环境，比如大规模储能、航空航天、石油开采工业等等。隔膜将正负极直接隔开来，被认为是电池的关键安全部件，它是电池在高温下可持续工作至关重要的一部分。传统的聚烯烃隔膜，例如polypropylene(PP),polyethylene(PE)等由于具有优异的机械性能和电化学稳定性而被用于锂离子电池，但是由于聚合物的低熔点和低的玻璃转化温度使得聚烯烃隔膜具有较差的高温耐受性，特别是在电解液环境中热缩性更差。这些会大大限制传统锂离子电池在这些特殊环境中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种纤维加强的陶瓷隔膜、制备方法及应用，解决了上述背景技术中的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纤维加强的陶瓷隔膜，由支撑结构和无机陶瓷粉体组成；所述无机陶瓷粉体的厚度为10μm-500μm，包括粒径为5nm-50μm的陶瓷颗粒；所述支撑结构包埋于无机陶瓷粉体的内部，所述支撑结构由无机纤维组成，所述无机纤维的直径为5nm-50μm，长径比为10～100000:1。

在本发明一较佳实施例中，所述支撑结构包括单根纤维、纤维束、有纺布和/或无纺布，所述有纺布和无纺布由单根纤维或纤维束形成。

在本发明一较佳实施例中，所述无机纤维与无机陶瓷粉体的质量比为0.1-20：30-90。

在本发明一较佳实施例中，所述陶瓷颗粒间形成不连贯的孔洞，所述孔洞的尺寸为180～220nm。

在本发明一较佳实施例中，所述无机纤维包括三氧化二铝纤维、二氧化钛纤维、二氧化硅纤维、二氧化锆纤维、二氧化锡纤维、氧化镁纤维、氧化锌纤维、硫酸钡纤维、氮化硼纤维、氮化铝纤维、氮化镁纤维、碳化硅纤维、碳氧化硅纤维、玻璃纤维中至少一种。

在本发明一较佳实施例中，所述无机陶瓷粉体包括三氧化二铝、二氧化钛、二氧化硅、二氧化锆、二氧化锡、氧化镁、氧化锌、硫酸钡、氮化硼、氮化铝和氮化镁中的至少一种。

在本发明一较佳实施例中，所述无机陶瓷粉体还包括粘结剂，所述粘结剂分散于陶瓷颗粒和无机纤维之间、陶瓷颗粒之间和/或无机纤维之间，所述粘结剂为水系粘结剂或有机系粘结剂。

在本发明一较佳实施例中，该水系粘结剂是甲基纤维素钠和丁苯橡胶、明胶和聚乙烯醇、聚丙烯酸酯类三元共聚物乳胶中的至少一种；该有机系粘结剂是聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。上述粘结剂的分子量为50-1000000。上述有机溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜、二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

本发明还提供了上述的一种纤维加强的陶瓷隔膜的制备方法，包括如下步骤：