[發(fā)明專利]一種無機微納米氧化鋁纖維電池隔膜

在審

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• 申請日: 2019-05-17
• 公開（公告）號: CN110176569A
• 公開（公告）日: 2019-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 康衛(wèi)民;劉為翠;呂儀;鞠敬鴿;程博聞;鄧南平;趙義俠
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;B82Y30/00;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種無機微納米氧化鋁纖維電池隔膜，其特征在于，該隔膜用微米無機氧化鋁纖維提供強力，納米無機氧化鋁纖維提供高比表面積，并以少量芳綸沉析纖維作為粘結(jié)纖維，經(jīng)濕法成網(wǎng)及熱壓熔融加固而成，本發(fā)明所制備的無機氧化鋁纖維電池隔膜比表面積大、強力高、柔性好、耐高溫性好，并具有優(yōu)異的阻燃性能。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種無機微納米氧化鋁纖維電池隔膜。

背景技術(shù)

隨著化石能源的減少，能量儲存和轉(zhuǎn)換裝置將在未來發(fā)揮越來越大的作用。鋰離子電池由于它們的高能量密度，長的循環(huán)壽命和低的自放電率成為最具吸引力的儲能元件之一。然而，仍然存在一些問題制約著鋰離子電池的發(fā)展。電動汽車和長期儲能裝置的發(fā)展對電池的高倍率性能、長期穩(wěn)定性和高溫性能提出了更高的要求。

電池隔膜在鋰離子電池實現(xiàn)高功率以及安全性方面起著至關(guān)重要的作用，隔膜置于正負極之間不僅防止由電極之間的物理接觸而造成的短路現(xiàn)象，而且能夠保留液體電解質(zhì)，允許鋰離子在電池內(nèi)自由移動。傳統(tǒng)的聚烯烴隔膜因其具有較高的機械性能和化學穩(wěn)定性已經(jīng)被廣泛的應用于商業(yè)用途，但是，這些有機材料通常熔點低，它們在高溫下會發(fā)生明顯的尺寸變化，造成安全性問題。

為了克服電池隔膜不耐高溫的問題，其中一個有效地方法就是利用無機材料提高其熱穩(wěn)定性以及親液性，從而改善儲能元件的電化學性能。例如，Xiang等人(Xiang H，ChenJ，Li Z，et al.An inorganic membrane as a separator for lithium-ion battery[J].Journal of Power Sources，2011，196(20)：8651-8655.)利用雙燒結(jié)的工藝制備了用于鋰離子電池的氧化鋁無機隔膜，將氧化鋁納米粒子與致孔劑乙二胺四乙酸(EDTA)混合，在空氣氛圍中，加壓至10MPa后，1000℃下燒結(jié)5h，再次在1500℃下燒結(jié)5h得到最終的無機隔膜。Chen等人(Chen J J，Wang S Q，Cai D D，et al.Porous SiO₂ as a separator toimprove the electrochemical performance of spinel LiMn₂O₄ cathode[J].Journalof Membrane Science，2014，449：169-175.)采用簡單的加壓燒結(jié)方法在空氣氛圍下，將混合均勻后的二氧化硅粒子和致孔劑EDTA加壓至35MPa后，1250℃下燒結(jié)5h得到二氧化硅隔膜應用于鋰離子電池。燒結(jié)工藝制備的鋰離子電池無機隔膜具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及親液性，但是柔韌性較差，強度較低。Shi等人(Shi C，Zhu J，Shen X，et al.Flexibleinorganic membranes used as a high thermal safety separator for the lithium-ion battery[J].RSC Advances，2018，8(8)：4072-4077.)利用靜電紡絲技術(shù)制備了聚乙烯醇(PVA)和硅酸鹽復合膜，經(jīng)過煅燒有機PVA組分，得到SiO₂無機隔膜。靜電紡絲制備SiO₂無機隔膜的柔性得到了一定的改善，但是其機械強度較低，并且制備工藝效率有待提高。因此，具有良好的柔性，較高的強力且可量產(chǎn)的阻燃無機纖維電池隔膜還有待開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種無機微納米氧化鋁纖維電池隔膜，其特征在于，該隔膜由微納米級氧化鋁纖維和少量芳綸沉析纖維混合而成，其中，微米無機氧化鋁納米纖維提供強力，納米無機氧化鋁纖維提供高比表面積，少量芳綸沉析纖維作為粘結(jié)纖維。

所述無機微納米氧化鋁纖維電池隔膜的厚度為30μm-70μm，孔隙率為60％-85％。

所述微米氧化鋁纖維的直徑為500nm-2μm，所述納米氧化鋁纖維的直徑為200nm-800nm。

所述無機微納米氧化鋁纖維電池隔膜的制備包括如下步驟