一种涂覆型MOFs/有机复合隔膜的制备方法与流程

本发明具体涉及到一种涂覆型mofs/有机复合隔膜的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术：

随着便携式电子设备、电动汽车和航空航天系统的需求日益增长，促使人们不断追求具有可靠，可持续电化学性能的先进可充电储能技术。虽然锂离子电池(libs)具有较高的能量密度和较长的使用寿命，但在能量密度和安全特性方面仍有待显著改善。以往对电池材料的研究主要集中在新型电化学材料的改性和合成方面，隔膜作为电池组件，在防止正极和负极接触发生内部短路方面起着至关重要的作用，同时为离子传输提供通道的作用。目前libs中使用的隔膜大多是有机隔膜，有机隔膜具有一定的强度和化学稳定性，但由于其反映转化温度低、热稳定性差、在高温下收缩较大，当内部短路故障触发时，电池会引起火灾甚至爆炸。有机隔膜的疏水性导致电解液填充不足，使离子电阻增大。因此制备电解液润湿性好、热稳定性高的隔膜至关重要，尤其是在高储能领域，为了克服有机隔膜的收缩和电解质润湿性问题，人们付出了很大的努力。根据文献可知，纯无机(al2o3和sio2)隔膜表现出良好的热稳定性。然而纯无机隔膜非常脆弱，柔韧性较差；将无机颗粒(al2o3、sio2、tio2、al(oh)3、mg(oh)2、沸石、zro2等)涂覆在有机隔膜表面，得到了无机涂层隔膜。与有机隔膜相比，无机涂层隔膜具有优越的电解液润湿性、良好的热稳定性和无枝晶击穿问题，制备了安全系数更高的电池；为了进一步提高电池的电化学性能，我们提出一种涂覆型mofs/有机复合隔膜的制备方法。

技术实现要素：

本发明的显著优点是：

（1）zif-67材料，具有较高的化学稳定性，热稳定性、多孔性及大的比表面积。

（2）沸石咪唑脂骨架隔膜具有制作工艺简单，易操作等优点。

（3）zif-67/有机复合隔膜具有耐热亲水、好的表面润湿性、耐高温的特点，从而电池的放电容量升高、增加了高温下的循环性能，提高了电池安全性能。

本发明针对有机隔膜的润湿性差和高温充放电循环稳定性差，提供了一种利用zif-67涂布有机隔膜制备复合隔膜的方法。

具体实施技术方案：

（1）将电极材料，乙炔黑和聚偏二氟乙烯（pvdf）以一定的质量比分散在n-甲基-2吡咯烷酮（nmp），得到均匀分散的浆料。将浆液均匀涂覆在铝箔上，干燥得到正极片，然后切片、压片、称重。

（2）将制备好的zif-67分散在pvdf和nmp的混合溶液中，搅拌形成均匀的浆液；将浆液涂覆在有机隔膜上，形成zif-67/有机复合隔膜，然后真空干燥蒸发溶剂，将隔膜切割成圆片。

（3）zif-67/有机复合隔膜和纯有机隔膜进行物理性能和电化学性能的测试。

具体实施方法

实施例1：

（1）将lini0.5co0.2mn0.3o2(ncm)电极材料，乙炔黑和聚偏二氟乙烯（pvdf）以8：1：1的质量比分散在n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp），搅拌后形成均匀的浆料，然后将浆液均匀涂布在铝箔上，将涂布好的正极板放在真空干燥箱中干燥得到正极片，然后切片、压片、称重。

(2)zif-67是由金属钴和有机配体组装而成的多孔结构。典型的zif-67颗粒合成是，将1.455g六水合硝酸钴和1.642g2-甲基咪唑分别溶于40ml甲醇溶液中，搅拌使溶解，然后将溶液混合搅拌10分钟，在25℃下陈化24h。随着反应的进行，产生紫色沉淀zifs，离心收集紫色沉淀物，用无水乙醇反复洗涤，在80℃真空中干燥24h。

（3）将制备好的zif-67分散在pvdf和nmp的混合溶液中，在室温下搅拌24h，形成均匀的浆液。将浆液单面涂覆在pp隔膜上，得到zif-67/pp隔膜，然后真空干燥在50℃下干燥蒸发溶剂，将隔膜切割成直径为16mm的圆形。

（4）将锂片、ncm、zif-67/pp隔膜、lipf6电解液、垫片和弹片，在氩气保护的手套箱中组装cr2032型扣式电池，pp隔膜与zif-67隔膜作为对比实验，pp隔膜和zif-67/pp进行润湿性能、高温性能等物理性能的测试。

实施例2：

（1）将limn2o4电极材料，乙炔黑和聚偏二氟乙烯（pvdf）以8：1：1的质量比分散在n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp），搅拌后形成均匀的浆料，然后将浆液均匀涂布在铝箔上，将涂布好的正极板放在真空干燥箱中干燥得到正极片，然后切片、压片、称重。

(2)zif-67是由金属钴和有机配体组装而成的多孔结构。典型的zif-67颗粒合成是，将1.455g六水合硝酸钴和1.642g2-甲基咪唑分别溶于40ml甲醇溶液中，搅拌使溶解，然后将溶液混合搅拌10分钟，在25℃下陈化24h。随着反应的进行，产生紫色沉淀zifs，离心收集紫色沉淀物，用无水乙醇反复洗涤，在80℃真空中干燥24h。

（3）将制备好的zif-67分散在pvdf和nmp的混合溶液中，在室温下搅拌24h，形成均匀的浆液。将浆液单面涂覆在pp隔膜上，得到zif-67/pp隔膜，然后真空干燥在50℃下干燥蒸发溶剂，将隔膜切割成直径为16mm的圆形。

（4）将锂片、ncm、zif-67/pp隔膜、lipf6电解液、垫片和弹片，在氩气保护的手套箱中组装cr2032型扣式电池，pp隔膜与zif-67隔膜作为对比实验，pp隔膜和zif-67/pp隔膜进行润湿性能、高温性能等物理性能的测试。

实施例3：

（1）将limn2o4电极材料，乙炔黑和聚偏二氟乙烯（pvdf）以8：1：1的质量比分散在n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp），搅拌后形成均匀的浆料，然后将浆液均匀涂布在铝箔上，将涂布好的正极板放在真空干燥箱中干燥得到正极片，然后切片、压片、称重。

(2)zif-67是由金属钴和有机配体组装而成的多孔结构。典型的zif-67颗粒合成是，将1.455g六水合硝酸钴和1.642g2-甲基咪唑分别溶于40ml甲醇溶液中，搅拌使溶解，然后将溶液混合搅拌10分钟，在25℃下陈化24h。随着反应的进行，产生紫色沉淀zifs，离心收集紫色沉淀物，用无水乙醇反复洗涤，在80℃真空中干燥24h。

（3）将制备好的zif-67分散在pvdf和nmp的混合溶液中，在室温下搅拌24h，形成均匀的浆液。将浆液单面涂覆在pe隔膜上，得到zif-67/pp隔膜，然后真空干燥在50℃下干燥蒸发溶剂，将隔膜切割成直径为16mm的圆形。

（4）将锂片、ncm、zif-67/pp隔膜、lipf6电解液、垫片和弹片，在氩气保护的手套箱中组装cr2032型扣式电池，pe隔膜与zif-67隔膜作为对比实验，pe隔膜和zif-67/pe隔膜进行润湿性能、高温性能等物理性能的测试。

实施例4：

（1）将limn2o4电极材料，乙炔黑和聚偏二氟乙烯（pvdf）以8：1：1的质量比分散在n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp），搅拌后形成均匀的浆料，然后将浆液均匀涂布在铝箔上，将涂布好的正极板放在真空干燥箱中干燥得到正极片，然后切片、压片、称重。

(2)zif-67是由金属钴和有机配体组装而成的多孔结构。典型的zif-67颗粒合成是，将1.455g六水合硝酸钴和1.642g2-甲基咪唑分别溶于40ml甲醇溶液中，搅拌使溶解，然后将溶液混合搅拌10分钟，在25℃下陈化24h。随着反应的进行，产生紫色沉淀zifs，离心收集紫色沉淀物，用无水乙醇反复洗涤，在80℃真空中干燥24h。

（3）将制备好的zif-67分散在pvdf和nmp的混合溶液中，在室温下搅拌24h，形成均匀的浆液。将浆液双面涂覆在pp隔膜上，得到zif-67/pp隔膜，然后真空干燥在50℃下干燥蒸发溶剂，将隔膜切割成直径为16mm的圆形。

（4）将锂片、ncm、zif-67/pp隔膜、lipf6电解液、垫片和弹片，在氩气保护的手套箱中组装cr2032型扣式电池，pp隔膜与zif-67隔膜作为对比实验，pp隔膜和zif-67/pp隔膜进行润湿性能、高温性能等物理性能的测试。

实施例5：

（1）将limn2o4电极材料，乙炔黑和聚偏二氟乙烯（pvdf）以8：1：1的质量比分散在n-甲基-2-吡咯烷酮（nmp），搅拌后形成均匀的浆料，然后将浆液均匀涂布在铝箔上，将涂布好的正极板放在真空干燥箱中干燥得到正极片，然后切片、压片、称重。

(2)zif-67是由金属钴和有机配体组装而成的多孔结构。典型的zif-67颗粒合成是，将1.455g六水合硝酸钴和1.642g2-甲基咪唑分别溶于40ml甲醇溶液中，搅拌使溶解，然后将溶液混合搅拌10分钟，在25℃下陈化24h。随着反应的进行，产生紫色沉淀zifs，离心收集紫色沉淀物，用无水乙醇反复洗涤，在80℃真空中干燥24h。

（3）将制备好的zif-67分散在pvdf和nmp的混合溶液中，在室温下搅拌24h，形成均匀的浆液。将浆液双面涂覆在pe隔膜上，得到zif-67/pe隔膜，然后真空干燥在50℃下干燥蒸发溶剂，将隔膜切割成直径为16mm的圆形。

（4）将锂片、ncm、zif-67/pe隔膜、lipf6电解液、垫片和弹片，在氩气保护的手套箱中组装cr2032型扣式电池，pp隔膜与zif-67隔膜作为对比实验，pe隔膜和zif-67/pe隔膜进行润湿性能、高温性能等物理性能的测试。

以上所述方式是本实验的五种具体实施方式，本发明专利并不仅限于以上几种实施例。

附图说明：

图1是本发明实施例1合成的zif-67的xrd图，合成物质的xrd与模拟的xrd图谱一致，说明已准确合成所需物质。

图2是本发明实施例1合成的zif-67/pp隔膜和pp隔膜在1c倍率下高温(55℃)下的电化学性能，可以看出与传统pp隔膜相比，zif-67/pp有着优异的电化学性能。