亚微米级多孔氧化铝及其制备方法、应用与流程

本申请涉及无机材料制备，尤其涉及一种亚微米级多孔氧化铝及其制备方法、应用。

背景技术：

1、锂电池隔膜作为锂电池的关键组件之一，主要功能是防止正负极直接接触，避免短路。采用具有多孔结构的氧化铝对锂电池隔膜进行涂覆，不仅能显著降低有机聚合物膜的热收缩率，提升电池的安全性能，还能为锂离子提供更多的有效传输通道。此外，氧化铝的多孔结构有助于隔膜保留一定量的电解液，为锂离子传输创造优良的液体环境，从而提升锂电池的能量密度与倍率性能。

2、随着现代电子设备对轻量化需求的增加，开发更薄、更轻的新型隔膜材料变得尤为迫切。这对涂覆用多孔氧化铝的尺寸提出了更高的要求，即粒径需在亚微米尺度内。然而，亚微米级多孔氧化铝具有较高的表面能，在煅烧过程中容易发生奥斯瓦尔德熟化（ostwald ripening）现象，导致晶粒显著长大及孔结构消失。因此，制备亚微米级多孔氧化铝通常需要使用粒径显著更小的亚微米级甚至纳米级氢氧化铝前驱体，并严格控制煅烧温度和时间。然而，在亚微米尺度下，粒径越小的高分散氢氧化铝粉体制备难度越高，尤其在洗涤和干燥过程中需要更高的技术和成本，这使得小粒径亚微米级多孔氧化铝的制备较为困难且成本较高。

3、当前，关于锂电池隔膜涂覆用多孔氧化铝的技术研究主要集中在以下几个方面：构筑具有多孔结构的氧化铝、优化适用于锂电池隔膜涂覆的理化指标以及通过改性提高氧化铝对电解液的浸润吸收性能和锂离子传输性能。然而，对于因奥斯瓦尔德熟化现象导致的亚微米级多孔氧化铝制备困难及高成本问题，关注较少。开发相关工艺技术以缓解煅烧过程中多孔氧化铝由于奥斯瓦尔德熟化造成晶粒长大和原有孔道结构消失的问题，具有重要的意义及工业价值。

4、有鉴于此，有必要设计一种亚微米级多孔氧化铝及其制备方法、应用，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本申请提供了一种亚微米级多孔氧化铝及其制备方法、应用，以解决目前无法因奥斯瓦尔德熟化现象导致的亚微米级多孔氧化铝制备困难及高成本问题。

2、第一方面，本申请提供了一种亚微米级多孔氧化铝的制备方法，包括以下步骤：

3、将铝源、分散剂、生长抑制剂以及溶剂混合，得到混合液；

4、调节所述混合液的预设ph值后进行水热反应，得到前驱体；

5、对所述前驱体依次进行洗涤处理、干燥处理以及气流分散处理，得到粉体；以及，

6、对所述粉体进行煅烧处理，得到所述亚微米级多孔氧化铝；

7、其中，所述生长抑制剂包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸铵、乙烯基硅烷偶联剂、甲基硅烷偶联剂、硝酸镁及其水合物、氟化钙及其水合物、硼酸中的任意一种或多种。

8、在一些实施例中，在所述混合液中，所述铝源、所述分散剂、所述生长抑制剂以及所述溶剂的质量比为10000:(1~50):(1~50):(25000~200000)。

9、在一些实施例中，所述铝源包括硝酸铝及其水合物、硫酸铝及其水合物、乙酸铝及其水合物、氯化铝及其水合物、氢氧化铝中的任意一种或多种。

10、在一些实施例中，所述分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、丙烯酸酯、聚丙烯酸酯中的任意一种或多种；和/或，

11、所述溶剂包括水。

12、在一些实施例中，所述预设ph值大于或等于7；和/或，

13、所述预设ph值为7~10；和/或，

14、所述调节所述混合液的预设ph值的方法包括：向所述混合液中加无机碱；所述无机碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的任意一种或多种。

15、在一些实施例中，所述水热反应的温度为180℃~260℃；和/或，

16、所述水热反应的时间为1h~24h。

17、在一些实施例中，所述气流分散处理的气流分散压力为0.3mpa~2.0mpa。

18、在一些实施例中，所述煅烧处理的煅烧温度为1000℃~1300℃；和/或，

19、所述煅烧处理的升温速率为2℃/min~15℃/min；和/或，

20、所述煅烧处理的保温时间为0.5h~5h。

21、第二方面，本申请提供了一种由上述方法制备得到的亚微米级多孔氧化铝，所述亚微米级多孔氧化铝的粒径d50为0.2μm~0.8μm；

22、所述亚微米级多孔氧化铝的比表面积为10m2·g-1~30m2·g-1；

23、所述亚微米级多孔氧化铝的平均孔径为8nm~35nm。

24、第三方面，本申请提供了一种上述亚微米级多孔氧化铝的应用，所述亚微米级多孔氧化铝应用于锂电池隔膜。

25、本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

26、1、本申请实施例提供的亚微米级多孔氧化铝的制备方法，通过在铝源中引入生长抑制剂，并在碱性条件下进行水热反应，获得前驱体；随后对前驱体依次进行气流分散与煅烧处理，最终得到粒径d50为0.2μm~0.8μm、孔隙结构可控的亚微米级多孔氧化铝。本申请的核心在于：通过引入生长抑制剂实现对前驱体晶格的原位掺杂，有效降低氧化铝晶体的表面能，从而显著抑制煅烧过程中因奥斯瓦尔德熟化引发的晶粒异常长大及孔道结构坍塌问题。得益于此，无需依赖粒径远小于目标产物的超细前驱体，亦无需采用低温、短时或分段等严苛煅烧工艺，即可高效制得结构稳定的亚微米级多孔氧化铝，大幅降低制备技术难度与生产成本。

27、2、本申请实施例还提供的由上述方法制备得到的亚微米级多孔氧化铝，该亚微米级多孔氧化铝的粒径d50为0.2μm~0.8μm；亚微米级多孔氧化铝的比表面积为10m2·g-1~30m2·g-1，满足锂电池隔膜涂覆材料对粒度与孔隙性能的市场应用要求。

28、3、本申请实施例还提供的上述亚微米级多孔氧化铝的应用，该亚微米级多孔氧化铝应用于锂电池隔膜，不仅在性能上实现热安全、离子传导与机械强度的协同提升，还在产业化层面突破了传统高成本、高能耗制备工艺的限制，兼具技术先进性与产业实用性。

1.一种亚微米级多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的亚微米级多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，在所述混合液中，所述铝源、所述分散剂、所述生长抑制剂以及所述溶剂的质量比为10000:(1~50):(1~50):(25000~200000)。

3.根据权利要求2所述的亚微米级多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，所述铝源包括硝酸铝及其水合物、硫酸铝及其水合物、乙酸铝及其水合物、氯化铝及其水合物、氢氧化铝中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的亚微米级多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，所述分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、丙烯酸酯、聚丙烯酸酯中的任意一种或多种；和/或，

5.根据权利要求1所述的亚微米级多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，所述预设ph值大于或等于7；和/或，

6.根据权利要求1所述的亚微米级多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为180℃~260℃；和/或，

7.根据权利要求1所述的亚微米级多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，所述气流分散处理的气流分散压力为0.3mpa~2.0mpa。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的亚微米级多孔氧化铝的制备方法，其特征在于，所述煅烧处理的煅烧温度为1000℃~1300℃；和/或，

9.一种根据权利要求1~8任意一项所述的亚微米级多孔氧化铝的制备方法制备得到的亚微米级多孔氧化铝，其特征在于，所述亚微米级多孔氧化铝的粒径d50为0.2μm~0.8μm；

10.一种根据权利要求9所述的亚微米级多孔氧化铝的应用，其特征在于，所述亚微米级多孔氧化铝应用于锂电池隔膜。