[發明專利]一種鋰、鈉離子電池阻燃劑及其制備和應用方法

有效

• 申請號: 201711202145.X
• 申請日: 2017-11-27
• 公開（公告）號: CN108039512B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 紀效波;帥洪磊;侯紅帥;徐為
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 袁靖

本發明公開了一種鋰、鈉離子電池阻燃劑及其制備和應用方法。其制備方法是利用施加一定電壓和頻率的交流電設備，電解置于無機鹽電解質溶液中的金屬鋁工作電極，電解產物經過離心、洗滌、干燥、保護氛圍下煅燒，即可得到顆粒大小均一的三氧化二鋁阻燃劑，并將其應用于鋰、鈉離子電池。該方法操作簡單、產率高、綠色環保、生產成本低廉，有利于工業化生產。

技術領域

本發明涉及鋰、鈉離子電池阻燃劑制備技術領域，具體涉及一種Al₂O₃阻燃劑及其制備方法，和其在鋰、鈉離子電池中的應用。

背景技術

鋰離子電池作為二次電池，具有比能量高、循環性能好和污染小等優勢在各種電器上得到廣泛的應用。鈉離子電池由于鈉資源豐富、價格低廉等優點，幾年來得到廣大研究者的重視。但是它們都有一個共同的缺點：鋰、鈉離子電池的電解液基本是易燃的有機溶劑，在高倍率充放電、短路或者高溫下條件下時，電池的內部會迅速升溫，導致燃燒、爆炸。因此安全問題一直制約著鋰、鈉離子電池的應用。在電池的電解液中添加阻燃劑的方法是目前解決電池安全性能問題簡單可行的辦法。

目前，常用的阻燃劑有苯的衍生物阻燃劑、磷系阻燃劑及鹵系阻燃劑。雖然這幾類阻燃劑都能達到阻燃的目的，但會對電池的性能造成不利影響，例如使電池的容量衰減加快、輸出功率降低和低溫性能變差等。三氧化二鋁作為一種無機物，具有很高的熱穩定性及化學惰性，作為電池阻燃劑是一個很好的選擇。但對三氧化二鋁的粒徑大小、均勻性、結晶度和純度等性能具有很高的要求?，F在制備高純氧化鋁粉體的主要方法有改良拜耳法、銨明礬分解法及其改進型碳酸鋁銨熱分解法、有機鋁分解法、醇鹽水解及鋁粉水中放電法。這些方法生產出來的三氧化二鋁一般為無定型硬團聚顆粒，粒徑分布寬，并且性能差、價格高、工藝復雜，甚至污染環境，從而極大的限制了其在各個方面的應用。

發明內容

為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供了一種操作簡單、產率高、無團聚、粒徑分布窄、性能優良、綠色環保、生產成本低廉的三氧化二鋁阻燃劑及其制備方法，并將其作為阻燃劑，將其應用于鋰、鈉離子電池。

為了實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋰、鈉離子電池阻燃劑的制備方法：利用交流電設備，電解置于無機鹽電解質溶液中的金屬鋁工作電極，電解產物經過離心、洗滌、干燥、保護氛圍下煅燒，即得鋰、鈉離子電池阻燃劑三氧化二鋁。

所述無機鹽包括可溶性氯鹽、可溶性硫酸鹽、可溶性硝酸鹽、可溶性碳酸鹽中至少一種；所述可溶性氯鹽包括氯化鈉，氯化鉀，氯化鈣，氯化銨，氯化錳，氯化鉛，氯化鎂，氯化鐵，氯化鋁中的至少一種；可溶性硫酸鹽包括硫酸鈉，硫酸銨，硫酸鉀，硫酸鎂，硫酸錳，硫酸鋁中的至少一種；可溶性硝酸鹽包括硝酸鈉，硝酸鉀，硝酸銨，硝酸鈣，硝酸鉛，硝酸錳，硝酸鎂中的至少一種；可溶性碳酸鹽包括碳酸鈉，碳酸銨，碳酸鉀，碳酸氫鈉，碳酸氫鉀，碳酸氫銨中至少一種。優選為可溶性氯鹽包括氯化鈉，氯化鉀，氯化鈣，氯化銨，氯化鎂中的至少一種；可溶性硫酸鹽包括硫酸鈉，硫酸鉀，硫酸鎂中的至少一種；可溶性硝酸鹽包括硝酸鈉，硝酸鉀，硝酸銨，硝酸鎂中的至少一種；可溶性碳酸鹽包括碳酸鈉，碳酸銨，碳酸鉀中至少一種。

所述無機鹽電解質溶液的濃度為0.05～3.0mol/L。優選為0.5～2.5mol/L。

所述交流電設備施加的電壓為1.5～50V，頻率為40～400Hz。優選為2.5～30V，頻率為40～120Hz。

所述金屬鋁電極浸沒在電解質溶液中的面積為2～100cm²。優選為2～50cm²。

所述工作電極的構造為鋁/鋁工作電極、鋁/鉑工作電極、鋁/石墨棒工作電極、鋁/鎳工作電極和鋁/金工作電極中至少一種。

所述煅燒溫度為350～1200℃，所述煅燒時間為1.5～24h。

所述煅燒過程中升溫速率為1～20℃/min。