[發明專利]一種氮化硼纖維隔膜、隔膜制備方法及鋰系熱電池

在審

• 申請號: 202111048768.2
• 申請日: 2021-09-08
• 公開（公告）號: CN113764821A
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發明（設計）人: 李茹;齊學禮;張銘霞;王重海;呂鋒;鄭俊;王玉嬌;徐浩南;尹承國;王克宏
• 申請（專利權）人: 山東工業陶瓷研究設計院有限公司
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/431;H01M50/44;H01M10/0525
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 李亞東

本發明公開了一種氮化硼纖維隔膜的制備方法，包括如下步驟，將0.01～0.2質量份的氮化硼纖維加入到80～120質量份的水中，再加入10～30質量份的增稠劑溶液和0.005～0.1質量份的分散劑，混勻得到混合漿料；將所述混合料漿采用抄紙工藝制備成氮化硼纖維紙；將所述氮化硼纖維紙與前驅體溶液復合，熱處理，得到氮化硼纖維隔膜。本發明還公開了一種氮化硼纖維隔膜和一種鋰系熱電池。本發明制備的氮化硼纖維隔膜具有柔性好、質量輕、機械強度高、吸液保液能力好、安全性高、導電效果好和耐腐蝕耐高溫的優點，可以在高溫熔融的鋰環境中應用。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種氮化硼纖維隔膜、隔膜制備方法及鋰系熱電池。

背景技術

隨著國防科技與各類武器系統的飛速發展，使得這些系統所用電源也面臨新的挑戰，高比功率、高比能量以及長壽命熱電池是未來的主要發展方向。隔膜材料作為電池的主要組成部分，是影響高溫電池長壽命和性能的主要因素之一。

目前鋰系高溫電池隔膜主要由粉末狀MgO和一定比例的電解質混合壓制成的電解質片來實現，但是此種電池隔膜存在如下弊端1、制備工藝復雜，機械強度較低，易破損，對隔膜的安全性和可靠性造成威脅2、氧化鎂隔離片厚度較大(約0.5mm)，面密度約為0.10g/cm²、體密約為2.70g/cm³，保留電解質的質量為氧化鎂質量的1倍，不能滿足效率高、體積小、高比功率、高比能量、可靠性高熱電池使用要求。

美國阿貢實驗室在上世紀70年代通過大量的試驗研究數據得出了高溫時鋰(鋰合金)與不同類型陶瓷材料的相容性，得出結論：BN纖維隔膜是唯一可作為LiAl/FeSx熔鹽蓄電池隔膜的材料。申請人選用氮化硼纖維去制備纖維隔膜，由于氮化硼纖維的耐腐蝕性，可以克服纖維隔膜不能應用在熔融鋰環境中的弊端，但是制備出的組裝熱電池還存在如下問題1、采用傳統編織方式制備的隔膜孔隙結構過大，易短路2、采用傳統的抄紙工藝制備的隔膜，其中的有機粘結劑高溫易碳化，在熔融環境中骨架結構易被破壞3、制備出的鋰系熱電池導電性有一定的缺陷。

因此，亟需一種氮化硼纖維隔膜，可以克服上述現有技術的弊端。

發明內容

為解決上述現有技術的弊端，本發明公開了一種吸液保液能力強、安全性高、離子電導率高的氮化硼纖維隔膜及其制備方法，采用了如下技術方案：

一種氮化硼纖維隔膜的制備方法，包括如下步驟，

將0.01～0.2質量份的氮化硼纖維加入到80～120質量份的水中，再加入10～30質量份的增稠劑溶液和0.005～0.1質量份的分散劑，混勻得到混合漿料；

將所述混合料漿采用抄紙工藝制備成氮化硼纖維紙；

將所述氮化硼纖維紙與前驅體溶液復合；

對吸附有前驅體溶液的氮化硼纖維紙進行熱處理，得到氮化硼纖維隔膜。

進一步的，

所述前驅體溶液為氧化鎂前驅體溶液或氧化鋁前驅體溶液。

進一步的，所述前驅體溶液的制備方法為：將30～80質量份的水、30～80質量份的小分子有機溶劑和30～80質量份的鋁鹽或鎂鹽，攪拌形成均一透明溶液。

進一步的，所述復合的方法為：

將所述氮化硼纖維紙浸漬到前驅體溶液中0.5～25h，取出烘干。

進一步的，所述浸漬的具體方法為：在-0.07～-0.1MPa的真空條件下浸漬0.5～1h后，再常壓浸漬。

進一步的，所述熱處理的溫度為500-650℃。

進一步的，所述混勻前，還加入5～20質量份的氧化鋁纖維和/或氮化硅纖維。