一种利用粉煤灰制作纳米SiO2-Al2O3复合材料并用于锂电池隔膜涂层的方法与流程

本发明涉及锂电池隔膜，涉及一种利用粉煤灰制作纳米sio2-al2o3复合材料并用于锂电池隔膜涂层的方法。

背景技术：

1、锂电池在电动车、新能源储能等领域的应用范围持续拓展，市场对其性能与安全性的要求不断提高。传统的锂电池隔膜存在较为显著的缺陷，在高温环境中，传统锂电池隔膜易出现收缩现象，影响隔膜的抗穿刺性能，进而引发电池短路和热失控问题，极大地威胁电池的使用安全。

2、为应对上述问题，行业内普遍采取在隔膜中添加无机涂料组分的方法，此方法在一定程度上能够提高隔膜的热稳定性和抗穿刺性能。然而，传统无机涂料与常用的聚烯烃基膜之间存在界面相容性欠佳的情况。在高温条件下，这种不相容性会导致无机涂层与基膜之间的结合力大幅下降，进而出现涂层脱落等问题，最终使得隔膜热稳定性和抗穿刺性能的提升受到制约。

3、纳米二氧化硅（sio2）具有比表面积大、化学稳定性好、孔隙率高的特点，可显著提升隔膜的电解液润湿性和离子传导效率；氧化铝（al2o3）则展现出高硬度、优异的热稳定性和机械强度，能增强隔膜的耐高温性能和抗穿刺能力。将二者复合形成纳米sio2-al2o3复合材料涂层，可实现性能互补，解决单一涂层在热稳定性、机械强度或离子传导效率方面的短板，对推动高安全、高能量密度锂电池的发展具有一定的理论价值和工程应用意义。

技术实现思路

1、发明目的

2、本发明的目的是提出一种利用粉煤灰制作纳米sio2-al2o3复合材料并用于锂电池隔膜涂层的方法，解决相关技术中锂电池隔膜热稳定性差、抗穿刺性能差的问题。

3、技术方案

4、一种利用粉煤灰制作纳米sio2-al2o3复合材料并用于锂电池隔膜涂层的方法，具体步骤如下：

5、1）纳米sio2制备：将粉煤灰、可溶性碱金属盐和水在第一微波条件下进行混合后，生成脱硅粉煤灰和硅酸钠溶液的混合产物，将混合产物分离得到作为滤渣的脱硅粉煤灰和作为滤液的硅酸钠提取液；在第二微波条件下向硅酸钠提取液中加入酸溶液调节ph至7～8，将所得混合物离心、洗涤和干燥后得到纳米sio2；

6、2）al2o3制备：将粉煤灰与质量浓度70%～98%的硫酸溶液均匀混合，焙烧固化，自然冷却后造粒，将所得颗粒进行两段式流态化焙烧，向所得产物中加入质量浓度为20%～36%的盐酸溶液，搅拌均匀，在150～200℃下保温1～2h后固液分离得到氯化铝溶液，向氯化铝溶液中通入氯化氢气体，溶液温度25～40℃，通气至稳定不再产生结晶氯化铝，然后将结晶氯化铝两段式焙烧后得到al2o3；

7、3）纳米sio2-al2o3复合涂布材料制备：将步骤1）制得的纳米sio2、步骤2）制得的al2o3以及六方氮化硼进行混合，进行烧结并自然冷却进而制得混合固体材料，将分散剂和水混合后加入混合固体材料，进行搅拌制成复合材料混合溶液，在复合材料混合溶液中加入粘结剂和增稠剂，搅拌均匀后砂磨得到纳米sio2-al2o3复合涂布材料；

8、4）锂电池隔膜涂层制备：将得到的涂布材料涂布于基布上并烘干，得到纳米sio2-al2o3涂层锂电池隔膜。

9、进一步的，所述步骤1）中，粉煤灰为经行星式球磨机研磨后得到的粉煤灰，粉煤灰的粒径小于10μm；可溶性金属盐为氢氧化钠或氢氧化钾；酸溶液为柠檬酸、盐酸或草酸中的一种；粉煤灰与可溶性金属盐质量比为1:(0.5～2)，粉煤灰和可溶性金属盐二者之和与水的质量比为1:(1～4)。

10、进一步的，所述步骤1）中，第一微波条件为：功率550～750w，时间为0.5～1.5h，温度为80～100℃；第二微波条件为：功率350～550w，时间5～25min，温度为60～80℃。第一微波和第二微波使用的是北京祥鹄科技发展有限公司生产的xh-800sp多功能微波水热平行合成仪完成的相关反应。

11、进一步的，所述步骤2）中，焙烧固化的温度为300～350℃，焙烧固化15～30min，自然冷却后挤压造粒，压力为80-120mpa，得到粒径1～10mm的颗粒。

12、进一步的，所述步骤2）中，两段式流态化焙烧由低温干燥和高温活化两段组成，低温干燥段温度为100～200℃、时间为20～60min，高温活化段温度为300～400℃、时间为20～60min，低温干燥段到高温活化段的升温速率为5~10°c/min，反应在流态化焙烧炉中进行。

13、进一步的，所述步骤2）中，结晶氯化铝两段式焙烧由第一段温度和第二段温度组成，第一段温度为300～350℃、时间为60～90min，第二段温度为800～950℃、时间为2～3h，第一段温度到第二段温度的升温速率为5~15°c/min，反应在箱式马弗炉中进行。

14、进一步的，所述步骤3）中，纳米sio2、al2o3和六方氮化硼的重量比为(5-10):(20-30):(1~5)；

15、混合为球磨混合，球磨介质选用钇稳定氧化锆陶瓷球，采用ф10mm、ф6mm和ф3mm的多级配磨球，ф10mm、ф6mm和ф3mm的磨球质量配比为(2.5-3.5):(3.8-4.2):(2.5-3.5)，磨球总填充体积为球磨罐容积的50%～60%，磨球的质量与纳米sio2、al2o3和六方氮化硼的总质量比为3:1～4:1，球磨机的转速为200~600rpm，球磨时间为10～20min；球磨后的材料d10为0.20~0.45μm，d50为‌0.65~1.50μm，d90为2.30~3.10μm‌；所述d10、d50和d90分别为粉体体积累积粒度分布达到10%、50%和90%时对应的特征粒径；其中d50为中位粒径，表征粉体平均粒度，d10反映粉体细端粒径水平，d90反映粉体粗端粒径上限；

16、烧结为在惰性气体保护下，以10~15℃/min的升温速率从室温升温至1000~1500℃后，保温1～2h；

17、砂磨得到纳米sio2-al2o3复合涂布材料的粒径：d50为0.45~0.80μm，d90为1.35~1.80μm。

18、进一步的，所述步骤3）中纳米sio2、al2o3和六方氮化硼的总重量份为25～35份，分散剂的重量份为0.2～0.5份，水的重量份为40～50份，粘结剂的重量份为5～10份，增稠剂的重量份为5～10份。

19、进一步的，所述步骤3）中所述分散剂为聚丙烯酸铵盐、十二烷基苯硫酸钠或月桂醇聚氧乙烯醚硫酸酯钠盐中的一种或多种；粘结剂为聚偏二氟乙烯或聚乙烯醇中的一种或多种；增稠剂为羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠或羟乙基纤维素中的一种或多种。

20、进一步的，所述步骤4）中，涂布方式为单面涂布或双面涂布，单面涂布时的厚度为3~4μm，双面涂布时两个面的厚度皆为3~4μm，烘干温度为40~70℃，时间为5～10min。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1）复合涂层中al2o3的高熔点和sio2的三维网状结构抑制基膜热收缩，提高锂电池隔膜热稳定性。

23、2）纳米sio2-al2o3复合涂层通过协同效应将锂电池隔膜抗穿刺强度较未涂覆基膜提升28.4%-70.7%，远超单一材料涂层。