[發明專利]一種易分散亞微米氧化鋁及其制備方法

在審

• 申請號: 201911301730.4
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111039313A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 康樂;李東紅;李晉峰;范碩陽;賈春燕
• 申請（專利權）人: 中國鋁業股份有限公司
• 主分類號: C01F7/02
• 分類號: C01F7/02;H01M2/16
• 代理公司: 中國有色金屬工業專利中心 11028
• 代理人: 李子健

本發明公開了一種易分散亞微米氧化鋁，所述易分散亞微米氧化鋁由質量分數為98.0％～99.9％的氧化鋁和質量分數為0.1％～2％的表面改性劑組成，改性劑為聚乙二醇、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸銨、羧乙基纖維素、羧甲基纖維素鈉、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮，聚氧化乙烯，聚乙烯亞胺、聚甲基丙烯酸中的一種或者幾種，所含氧化鋁晶相為α相，其轉化率≥90％，粒徑分布為D₅₀粒徑為0.5～1.5μm，且滿足D₁₀≥0.5D₅₀，D₉₀≤2.5D₅₀，D₉₉≤4D₅₀。本發明還提供了一種易分散亞微米氧化鋁的制備方法，該制備方法使用低成本的煅燒氧化鋁為原料，采用兩步研磨改性法，經表面改性制備出的亞微米氧化鋁雜質含量低、粒徑分布窄、分散性能優良。

技術領域

本發明屬于無機非金屬材料領域，具體涉及的是鋰電池隔膜材料用的易分散亞微米氧化鋁及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著新能源與清潔能源汽車作為新興戰略型產業的崛起，業界對動力電池的發展和性能提升寄予厚望。動力電池通常是指單體容量較高的電池，但動力電池更重要的屬性應該是可以成組。雖然鋰離子電池具有突出的優點，但是從純電動汽車應用的角度看，其能量密度仍需大幅提升，同時還必須具備高度的安全性。電池性能的提升需要電池材料的升級、工藝水平的提高以及高水平生產裝備的保證。其中，使用新材料是實現這一目標的必要條件。鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、電解質、隔膜、封裝材料等五部分組成。隔膜在正負極之間起電子絕緣、提供鋰離子遷移微孔通道的作用，是保證電池體系安全、影響電池性能的關鍵材料。盡管隔膜不直接參與電極反應，但它影響電池動力學過程，決定著電池的充放電、循環壽命、倍率等性能。

聚烯烴類隔膜是當前主流隔膜，技術最成熟，但存在熔融溫度較低和強度較低的缺陷。聚烯烴類隔膜發展最早，制作工藝已經非常成熟，具有無毒、耐腐蝕以及電池溫度過高時能夠自動關閉微孔以阻止電池短路的優點，在目前占據絕對的主體地位。不過，聚烯烴類隔膜的熔點較低，聚乙烯和聚丙烯的熔點分別為130℃和150℃，超過該溫度隔膜就會融化導致電池發生短路，實際應用中，電池有可能迅速升溫至200℃時，一些鋰離子電池燃燒爆炸事件正是因為隔膜在高溫下融化導致的。此外，動力電池需要經受碰撞試驗，傳統的聚烯烴類隔膜在電池碰撞中容易發生被刺穿的情況，隔膜破裂導致電池短路。為提高電池安全性，在聚烯烴隔膜上涂覆陶瓷等納米材料或采用新基體材料成為未來技術發展趨勢。

濕法涂覆隔膜與普通聚烯烴隔膜相比，具備熱穩定性高、熱收縮低、與電解液浸潤性高的優點，能夠提高電池的安全性和功率。陶瓷涂覆隔膜是利用粘結劑在聚烯烴基膜上涂布陶瓷氧化鋁，該技術主要應用在濕法工藝上。由于涂覆材料的熱傳導率很低，能夠防止隔膜整體熱失控，耐受高溫可達到240℃，約超過普通的聚烯烴類隔膜100℃。在130℃的溫度下，不加涂覆的隔膜縮率在10％以上，隔膜的熱收縮也會致使正負極材料出現接觸而導致電池發生短路，而添加了涂覆之后的隔膜收縮率為2％，而且涂覆材料還大大提高了隔膜的抗刺穿能力，進一步提高了電池的安全性。此外，無機顆粒的表面親水性高，使得隔膜能夠與電解液保持更高的浸潤性，進而降低電池的內阻，并提高電池的放電功率。

勻漿分散工藝是鋰離子電池隔膜涂覆用陶瓷漿料制備的一個重要工藝過程，陶瓷漿料分散性的好壞對漿料的穩定性以及后期涂布隔膜的性能的好壞起著決定性的作用。

現有的鋰離子電池隔膜涂覆用陶瓷漿料制備，主要是將亞微米或者納米級的無機絕緣粉體、分散劑、水混合均勻后再用球磨機或者高速分散劑分散。雖然該方法簡單，但是由于亞微米或者納米級的無機絕緣粉體的表面能大，容易在分散后形成軟團聚，制備的陶瓷漿料均一性、穩定性較差。

中國申請專利CN105347778A公開了“一種鋰電池陶瓷隔膜用高純超細氧化鋁的制備方法”，該方法的主要特征是以含量不低于99.99％的α-氧化鋁粉和溶劑為原料配制成漿液，并加入表面活性劑，再經研磨、噴霧干燥、氣流粉碎制備成粉末。該方法采用高純氧化鋁作為原料，生產成本較高，不利于應用推廣。