一种木质素-氧化物陶瓷涂层的制备方法与流程

本发明属于锂离子电池制备技术领域，涉及一种木质素-氧化物陶瓷涂层的制备方法。

背景技术：

锂离子电池在制备过程中，需要合成模板。木材既是具有复杂形状和形态的天然复合材料，同时又是从微观尺度（细胞）到宏观尺度（骨架）的有机结合体。从化学组成来看，木材主要由纤维素、半纤维素、木质素和少量无机成分构成。木质素是三种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键相互连接形成的具有三维网状结构的生物高分子，存在于木质组织中，主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁，为次生壁主要成分。木质素主要位于纤维素纤维之间，起抗压作用。在木本植物中，木质素占25%，是世界上第二位最丰富的有机物（纤维素是第一位）。

目前现有技术中，还没有一种木质素-氧化物陶瓷涂层的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种木质素-氧化物陶瓷涂层的制备方法，该方法采用气氛烧结法制备多级孔油菜杆基纤维素模板材料，探索不同烧结工艺下模板材料孔径的分布，优化烧结工艺；研究不同烧结条件下油菜杆基木质素表面官能团的种类和数量，通过优化烧结工艺，实现对官能团的调控；保留有利于提高与基膜结合的官能团。将所制备得到的木质素三维微孔复合陶瓷材料与经湿法工艺制备所得到的pe隔膜进行复合，制备得到陶瓷涂层。

其具体技术方案为：

一种木质素-氧化物陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、称取8-10g异丙醇铝溶于140-160ml去离子水中；利用稀硝酸将溶液ph值调至4，70-90℃下磁力搅拌后得到稳定透明溶胶；

步骤2、将溶胶至于80-100℃真空中保存11-13h后用于浸渍木炭粉末；

步骤3、浸渍时首先超声振荡0.5-1.5h，然后置于真空中23-25h；

步骤4、利用抽虑装置移去多余溶胶，将浸渍后的油菜杆炭于100℃下干燥1-2天，在100℃-600℃下烧结2-4h，升温速度为5℃/min；将所制备得到的木质素三维微孔复合陶瓷材料与经湿法工艺制备所得到的pe隔膜进行复合，制备得到陶瓷涂层。

进一步，步骤1具体为：称取9g异丙醇铝溶于150ml去离子水中；利用稀硝酸将溶液ph值调至4，80℃下磁力搅拌后得到稳定透明溶胶.

进一步，步骤2具体为：将溶胶至于90℃真空中保存12h后用于浸渍木炭粉末。

进一步，步骤3具体为：浸渍时首先超声振荡1h，然后置于真空中24h。

进一步，步骤4中，所述干燥时间1天。

进一步，步骤4中，在350℃下烧结3h。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明以三维孔结构的油菜杆基生物材料为模板合成木质素-氧化物陶瓷涂层，将合成的具有多级孔结构且含大量官能团的木质素-氧化物陶瓷涂层作为锂离子动力电池隔膜材料的改性涂层；以期通过控制三维网状多孔级的结构增加隔膜材料的比表面积提高电解液隔膜材料的亲润性，以提高隔膜对电解液的亲和性，有效解决商用聚烯烃类隔膜或者常规陶瓷涂层隔膜的性能缺陷，在耐大电流充放电、降低电极与电解液界面等方面改善锂离子动力电池的电化学性能，从而提高锂离子动力电池的安全性能及倍率性能。

附图说明

图1常规聚烯烃隔膜电镜照片；

图2复合涂层隔膜电镜照片；

图3不同隔膜电池循环寿命的对比；

图4不同隔膜耐高电压性能的对比。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

实施例1

一种木质素-氧化物陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、称取8g异丙醇铝溶于140ml去离子水中；利用稀硝酸将溶液ph值调至4，70℃下磁力搅拌后得到稳定透明溶胶；

步骤2、将溶胶至于80℃真空中保存13h后用于浸渍木炭粉末；

步骤3、浸渍时首先超声振荡0.5h，然后置于真空中25h；

步骤4、利用抽虑装置移去多余溶胶，将浸渍后的油菜杆炭于100℃下干燥1天，在100℃℃下烧结4h，升温速度为5℃/min；将所制备得到的木质素三维微孔复合陶瓷材料与经湿法工艺制备所得到的pe隔膜进行复合，制备得到陶瓷涂层。

实施例2

称取9g异丙醇铝溶于150ml去离子水中，利用稀硝酸将溶液ph值调至4，80℃下磁力搅拌后得到稳定透明溶胶。将溶胶至于90℃真空中保存12h后用于浸渍木炭粉末。浸渍时首先超声振荡1h，然后置于真空中24h。利用抽虑装置移去多余溶胶，将浸渍后的油菜杆炭于100℃下干燥1天，在100℃-600℃下烧结3h，升温速度为5℃/min；将所制备得到的木质素三维微孔复合陶瓷材料与经湿法工艺制备所得到的pe隔膜进行复合，制备得到陶瓷涂层。

实施例3

步骤1、称取10g异丙醇铝溶于160ml去离子水中；利用稀硝酸将溶液ph值调至4，90℃下磁力搅拌后得到稳定透明溶胶；

步骤2、将溶胶至于100℃真空中保存11h后用于浸渍木炭粉末；

步骤3、浸渍时首先超声振荡1.5h，然后置于真空中2h；

步骤4、利用抽虑装置移去多余溶胶，将浸渍后的油菜杆炭于100℃下干燥2天，在600℃下烧结2h，升温速度为5℃/min；将所制备得到的木质素三维微孔复合陶瓷材料与经湿法工艺制备所得到的pe隔膜进行复合，制备得到陶瓷涂层。

实施例4

将所制备得到的木质素三维微孔复合陶瓷材料与经湿法工艺制备所得到的pe隔膜进行复合，制备得到陶瓷涂层。采用电子显微镜来分析所制备样品。图1是目前湿法工艺制备的常规聚烯烃隔膜电镜照片，图2是本发明采用新的材料配方、新的工艺技术制备的复合涂层隔膜电镜照片，在电镜照片中可以看到锂离子电池湿法隔膜具备着一致性的均匀微孔分布，锂离子电池隔膜的微观结构呈现出网格形式。

从微观的电镜图中可以看出，图2中湿法隔膜电镜轮廓的微孔分布相当均匀，并有着一定的规律性，微孔的细节轮廓更加清晰可见，电镜图片中的网状连接更加有规律，并层次清晰可见，无盲孔，无聚团。

实施例5复合陶瓷隔膜电化学性能表征

将制备的木质素三维微孔结构复合陶瓷隔膜材料及常规pe隔膜材料分别按相同工艺组装成电池18650型号电池，并进行电化学循环性能测试，测试条件为在1.0c，1.1c，1.3c，1.5c，2.0c条件下进行放电。图3为本材料及普通pe在不同放电倍率下的循环次数。从图中可以看出，在2.0c及1.3c大倍率和小倍率的不同条件下，复合陶瓷隔膜与常规pe在1000次循环后，电池容量保持率的差距较大，而常规pe隔膜的电池容量平均在在循环后的电池容量保持率在90%左右，而常规pe隔膜材料的电容量保持率在80%左右，同时其衰减速率远高于复合陶瓷隔膜材料所组装的电池。

实施例6复合陶瓷隔膜耐高电压性能表征

将制备的木质素三维微孔复合陶瓷隔膜材料及常规pe隔膜材料分别按相同工艺组装成电池18650型号电池，并进行电化学循环性能测试，测试条件为在4.5v和4.3v电压平台，2.0c条件下进行放电，检测电池的衰减速率及容量保持率，测试数据见图4所示。从图4中可以看出，采用木质素三维微孔复合陶瓷隔膜制备的电池在高电压状态条件下，大倍率放电的容量保持率较为稳定，在1000次循环后，容量保持率达到92%左右，而常规pe隔膜材料在高电压高倍率放电条件下，容量衰减迅速，在600次循环后，容量保持率已低于50%，在经过1000次循环后，电池达到失效状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。