锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法
【专利摘要】本发明属于电池隔膜技术领域，具体涉及一种锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法。氮化硼纤维织物清洗，前驱体溶液配制，浸渍、干燥，热处理，即得。本发明创造性的提出了溶液浸渍高温转化工艺对氮化硼纤维织物进行复合处理，该工艺可以显著的提高氮化硼纤维织物的电解液浸润效果，使隔膜的电解液吸附率在160％以上，并且在受压、震动以及电池运行过程中，对电解液的保持能力较高；制备工艺简单，易于实现规模化生产。
【专利说明】
锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法
技术领域
[0001]本发明属于电池隔膜技术领域，具体涉及一种锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法。
【背景技术】
[0002]锂系热电池具有放电电流密度大、比能量高、比功率高、激活时间短、使用温度范围宽等突出的优良性能，具有多种系列的电池产品，在现代武器、新能源汽车、应急系统、地下高温探矿电源等领域得到了成功的应用，是目前高温熔盐电池的主导产品。
[0003]锂系热电池存储寿命要求大于10年，远期目标为25年，电池被激活后，工作温度为450°C-550°C。隔膜是电池的重要部件之一，锂系热电池的正极材料为锂或锂合金，负极材料主要是FeS2，电解质为LiCl/KCl 二元体系或LiCl-LiBr-KBr三元体系电解质。隔膜在该体系电池中直接受到硫化物、电解质和锂(或锂合金)的侵蚀，因此，要求隔膜材料具有良好耐腐蚀性的同时，必须具有长寿命、耐高温的特点。隔膜的性能对电池性能有重大影响。
[0004]目前锂系热电池隔膜的功能由粉末状氧化镁和一定比例的电解质混合压制而成的隔离片来实现，该隔离片能够抑制电解质流动并且具有较好的耐腐蚀性，但是机械强度较低，在运输过程中，容易断裂破损，影响电池的寿命、可靠性和安全性。有机隔膜在高温且具有腐蚀性的环境下易氧化，老化速度加快，在高效运行的电池中容易因为过热而导致隔膜破损引起电池短路，影响电池的安全性能;抗高温耐腐蚀的无机纤维隔膜在高温腐蚀性环境中，机械强度和柔性好，电解液吸附能力强，因此用无机纤维隔膜来代替氧化镁隔离片及有机隔膜，可提高电池的比能量和比功率，同时提高电源系统的能量密度、安全性、可靠性及工作寿命。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，工艺简单，易于实现规模化生产，制备的氮化硼纤维隔膜性能优异。
[0006]本发明所述的锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，步骤如下:
[0007](I)氮化硼纤维织物清洗:用乙醇对氮化硼纤维织物进行清洗，烘干待用；
[0008](2)前驱体溶液配制:将溶剂与表面改性剂混合，搅拌5-10min，然后添加镁盐或钇盐，搅拌20-30min，获得前驱体溶液；
[0009](3)浸渍、干燥:将步骤(I)所得的氮化硼纤维织物浸泡入步骤(2)所得的前驱体溶液中，取出后烘干待用；
[0010](4)热处理:将步骤(3)所得的烘干后的织物在马弗炉中进行热处理；
[0011](5)当马弗炉自然降至室温，取出样品，得到锂系热电池用氮化硼纤维隔膜。
[0012]步骤(I)中所述的氮化硼纤维织物为氮化硼纤维毡或氮化硼纤维布。
[0013]步骤(I)中所述的烘干温度为80-100°C。
[0014]步骤(2)中所述的溶剂为乙醇、甲醇或水中的一种。
[0015]步骤(2)中所述的表面改性剂为异丙醇、聚乙二醇或聚乙烯醇中的一种。
[0016]步骤(2)中所述的镁盐或钇盐与溶剂、表面改性剂的重量比为10-20:5-10:0.5-2。
[0017]步骤(3)中所述的浸渍时间为10_20h。
[0018]步骤(3)中所述的烘干温度为80_100°C。
[0019]步骤(4)中所述的热处理温度为400-600°C，热处理时间为8-15h。
[0020]本发明与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0021](I)本发明首次创造性的提出了以氮化硼纤维织物为载体，利用前驱体转化工艺在其内部复合氧化镁或氧化钇颗粒，制备了一种具有特殊复合结构的热电池用氮化硼纤维隔膜。
[0022](2)本发明创造性的提出了溶液浸渍高温转化工艺对氮化硼纤维织物进行复合处理，该工艺可以显著的提高氮化硼纤维织物的电解液浸润效果，使隔膜的电解液吸附率在160%以上，并且在受压、震动以及电池运行过程中，对电解液的保持能力较高。在复合过程中，优选复合溶液的浓度配方，通过浸渍工艺浸润氮化硼纤维织物，优选合适的热处理工艺，通过热处理在氮化硼纤维织物中添加比表面积较大的复合颗粒，提高隔膜的电解液浸润性能，同时作为电解液流动抑制剂，使电解液在高温状态下能够保持纤维布中不流出，避免电池短路。
[0023](3)该发明隔膜以氮化硼纤维织物为载体，结构强度比目前热电池用氧化镁隔离片高，避免了在震动、运输过程中由于隔离片破损导致的电池短路等情况，提高了热电池的安全性和使用寿命。
[0024](4)本发明制备工艺简单，易于实现规模化生产。
【具体实施方式】
[0025]以下结合实施例对本发明做进一步描述。
[0026]实施例1
[0027]用乙醇对氮化硼纤维布进行清洗，80°C烘干待用;将甲醇与异丙醇按照5:0.5的重量比混合，搅拌5min，然后按照镁盐:溶剂:表面改性剂的重量比为10:5:0.5的比例称取醋酸镁颗粒，将醋酸镁颗粒加入到甲醇与异丙醇的混合液中，继续搅拌30min，获得前驱体溶液;将清洗后的氮化硼纤维布浸泡在以上前驱体溶液中，浸渍时间为10h，取出80°C烘干后在马弗炉中进行400°C热处理8h，得到所述锂系热电池用氮化硼纤维隔膜。
[0028]所制备的氮化硼纤维隔膜厚度为350μπι，面密度为230g/m2，拉伸强度为690g/15mm0
[0029]实施例2
[0030]用乙醇对氮化硼纤维布进行清洗，100°C烘干待用；将乙醇与聚乙二醇按照5:1的重量比混合，搅拌8min，然后按照镁盐:溶剂:表面改性剂的重量比为20:5:1的比例称取醋酸镁颗粒，将醋酸镁颗粒加入到乙醇与聚乙二醇的混合液中，继续搅拌30min，获得前驱体溶液;将清洗后的氮化硼纤维布浸泡在以上前驱体溶液中，浸渍时间为20h，取出100°C烘干后在马弗炉中进行600°C热处理15h，得到所述锂系热电池用氮化硼纤维隔膜。
[0031]所制备的氮化硼纤维隔膜厚度为380μπι，面密度为250g/m2，拉伸强度为700g/15mm0
[0032]实施例3
[0033]用乙醇对氮化硼纤维毡进行清洗，90°C烘干待用;将水与异丙醇按照8:1的重量比混合，搅拌lOmin，然后按照镁盐:溶剂:表面改性剂的重量比为15:8:1的比例称取硝酸镁颗粒，将醋酸镁颗粒加入到水与异丙醇的混合液中，搅拌30min，获得前驱体溶液;将清洗后的氮化硼纤维毡浸泡在以上前驱体溶液中，浸渍时间为15h，取出90°C烘干后在马弗炉中进行500°C热处理12h，得到所述锂系热电池用氮化硼纤维隔膜。
[0034]所制备的氮化硼纤维隔膜厚度为390μπι，面密度为275g/m2，拉伸强度为230g/15mm0
【主权项】
1.一种锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，其特征在于步骤如下: (1)氮化硼纤维织物清洗:用乙醇对氮化硼纤维织物进行清洗，烘干待用； (2)前驱体溶液配制:将溶剂与表面改性剂混合，搅拌5-10min，然后添加镁盐或钇盐，搅拌20-30min，获得前驱体溶液； (3)浸渍、干燥:将步骤(I)所得的氮化硼纤维织物浸泡入步骤(2)所得的前驱体溶液中，取出后烘干待用； (4)热处理:将步骤(3)所得的烘干后的织物在马弗炉中进行热处理； (5)当马弗炉自然降至室温，取出样品，得到锂系热电池用氮化硼纤维隔膜。2.根据权利要求1所述的锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，其特征在于步骤(I)中所述的氮化硼纤维织物为氮化硼纤维毡或氮化硼纤维布。3.根据权利要求1所述的锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，其特征在于步骤(1)中所述的烘干温度为80-100°C。4.根据权利要求1所述的锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的溶剂为乙醇、甲醇或水中的一种。5.根据权利要求1所述的锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的表面改性剂为异丙醇、聚乙二醇或聚乙烯醇中的一种。6.根据权利要求1所述的锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，其特征在于步骤(2)中所述的镁盐或钇盐与溶剂、表面改性剂的重量比为10-20:5-10:0.5-2。7.根据权利要求1所述的锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的浸渍时间为10-20h。8.根据权利要求1所述的锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，其特征在于步骤(3)中所述的烘干温度为80-100°C。9.根据权利要求1所述的锂系热电池用氮化硼纤维隔膜的制备方法，其特征在于步骤(4)中所述的热处理温度为400-600°C，热处理时间为8-15h。
【文档编号】H01M2/16GK105977431SQ201610459117
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】唐杰, 张铭霞, 王重海, 齐学礼, 林雪, 李伶, 唐建新, 李茹, 黄健, 孙淑敏
【申请人】山东工业陶瓷研究设计院有限公司