电池用多孔无机材料及其制备方法、以及电池

本发明设计电池制备，更具体地，涉及一种电池用多孔无机材料及其制备方法、以及电池。

背景技术：

1、随着新能源和电动车的发展，作为储能装置的电化学电池在社会经济与生活中扮演着越来越重要的角色。因此，高性能的电化学电池将是新能源和电动车的重要推动力量。

2、电化学电池性能低的主要原因包括：传统有机隔膜低的热稳定性和低的浸润性。低的热稳定性导致高温下有机聚合物隔膜会缩聚，导致正负极短路，甚至引发热失控，同时低的浸润性使得载荷离子的传质阻力增大，降低电池的倍率性能。

3、目前有研究通过在电池的正极活性材料、负极活性材料、以及隔膜中添加惰性无机材料来分别改善上述问题。

4、然而，研究发现，在电池中添加惰性无机材料往往会影响电池的内阻，且容易导致电池的能量密度降低。

技术实现思路

1、发明人经反复研究发现，天然或合成的无机材料，往往结构致密，密度大，在将其添加在电池中时，发生作用的仅仅为无机材料颗粒的表面，电解液无法渗透进颗粒内部发挥作用。因此，一方面，会造成载荷离子传导能力的显著下降，增加电池整体内阻，不利于器件的倍率性能，另一方面会降电池的能量密度。尽管可能可以通过将无机粒子磨细来达到同样的效果，但颗粒磨细不仅会增加成本，还会因颗粒团聚导致在使用和保存过程中的难度。

2、另一方面，发明人经研究发现，通过对无机粒子进行刻蚀，形成三维多孔结构，能够降低无机粒子的密度，还能增加无机粒子的吸液能力以及对有害过渡金属元素的吸附能力，从而不仅能够解决残留水分影响、“串扰”、热稳定性等问题，且在器件的倍率性能以及电池的能量密度方面有更好的表现，从而加强对电池化学性能的改善作用。

3、本发明人在上述研究的基础上，经过反复研究和实验，完成了本发明。

4、本发明目的在于提供一种能够兼具加工成本与用于电池时的综合电学性能的电池用多孔无机材料及其制备方法以及电池。

5、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

6、根据本发明第一方面实施例的电池用多孔无机材料的制备方法，包括:

7、提供原料，所述原料为沸石、硅铝酸盐化合物中的任意一种或多种；

8、对所述原料进行刻蚀处理，得到电池用多孔无机材料。

9、进一步地，所述沸石为由硅氧四面体和to4通过共用氧桥连形成的8元环、9元环、10元环、12元环、或其混合物，其中t表示al、b、p、fe、ti、w、ge、sn中的一种或多种。

10、进一步地，所述硅铝酸盐化合物包括辉石、高岭土、滑石、云母、蒙脱石、硅石、长石中的任意一种或多种。

11、进一步地，所述刻蚀处理包括酸处理、碱处理中的任意一种。

12、进一步地，所述酸处理中的酸选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸、乙酸、丙酸、氢氟酸、高氯酸中的任意一种或多种。

13、进一步地，所述酸处理所使用的酸溶液中酸的浓度为0.01mol/l-10mol/l之间，处理温度为-10℃-200℃之间，处理时间为1min-4d。优选地，酸为盐酸，盐酸的浓度为0.02mol/l-1mol/l之间，处理温度为25-100℃之间，处理时间为0.5h-2h之间。

14、进一步地，所述碱处理所使用的碱选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化锶、氨水、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵和四丁基氢氧化铵中的任意一种或多种。

15、进一步地，所述碱处理所使用的碱溶液中碱的浓度为0.01mol/l-1mol/l之间，处理温度为-10℃-200℃之间，处理时间为1min-4d。优选地，碱为氢氧化钠，氢氧化钠的浓度为1mol/l-1mol/l之间，处理温度为25-100℃之间，处理时间为0.5h-2h之间。

16、根据本发明第二方面实施例的电池用多孔无机材料，由上述第一方面任一实施例的制备方法制备得到。

17、根据本发明第三方面实施例的电池，包括电解液、隔膜、阳极活性材料层以及阴极活性材料层，所述电解液、隔膜、阳极活性材料层以及阴极活性材料层中任意一个或多个包含本申请第二方面实施例所述的电池用多孔无机材料。

18、本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：

19、根据本发明实施例的电池用多孔无机材料，对作为原料的沸石、硅铝酸盐化合物进行刻蚀得到，通过刻蚀，形成了三维多孔结构，一方面提高了其与电解液的接触面积，其添加不会导致明显的电池内阻的增加，另一方面将其添加于隔膜中有利于提高隔膜的热稳定性和浸润性从而提高电池的循环性能，在将其应用于阳极活性材料层、阴极活性材料层中时也能够提高其稳定性和寿命。

技术特征：

1.一种电池用多孔无机材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硅铝酸盐化合物包括辉石、高岭土、滑石、云母、蒙脱石、硅石、长石中的任意一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述刻蚀处理包括酸处理、碱处理中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述酸处理所使用的酸溶液中酸的浓度为0.01-10mol/l之间，处理温度为-10℃-200℃之间，处理时间为1min-4d。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碱处理所使用的碱选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铷、氢氧化锶、氨水、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵和四丁基氢氧化铵中的任意一种或多种。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述碱处理所使用的碱溶液中碱的浓度为0.01mol/l-10mol/l之间，处理温度为-10℃-200℃之间，处理时间为1min-4d。

9.一种电池用多孔无机材料，其特征在于，由权利要求1至8任一项所述的制备方法制备得到。

10.一种电池，其特征在于，包括电解液、隔膜、阳极活性材料层以及阴极活性材料层，所述电解液、隔膜、阳极活性材料层以及阴极活性材料层中任意一个或多个包含权利要求9所述的电池用多孔无机材料。

技术总结
本发明提供一种电池用多孔无机材料及其制备方法以及电池，其中，制备方法包括：提供原料，所述原料为沸石、硅铝酸盐化合物中的任意一种或多种；对所述原料进行刻蚀处理，得到电池用多孔无机材料。根据本发明实施例的制备方法，对作为原料的沸石、硅铝酸盐化合物进行刻蚀得到，通过刻蚀，形成了三维多孔结构，一方面提高了其与电解液的接触面积，其添加不会导致明显的电池内阻的增加，另一方面将其添加于隔膜中有利于提高隔膜的热稳定性和浸润性从而提高电池的循环性能，在将其应用于阳极活性材料层、阴极活性材料层中时也能够提高其稳定性和寿命。

技术研发人员：黄富强,兰建成
受保护的技术使用者：中国科学院上海硅酸盐研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29