[发明专利]纳米单离子导体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米单离子导体的制备方法，尤其涉及一种低能耗、高分散的纳米单离子导体的制备方法。

背景技术

随着锂离子电池在移动电话、电动车与能量储存系统等新能源应用领域的快速发展，锂离子电池的安全性问题显得尤为重要。基于对锂离子电池安全问题的原因分析，可以从以下几方面来提高锂离子电池的安全性：一是通过优化锂离子电池的设计和管理等，对锂离子电池充放电过程进行实时监控和处理，保证锂离子电池的使用安全，二是改进或开发新的电极材料，提高电池本征安全性能，三是使用新型安全性的电解质和隔膜体系，提高电池安全性能。

隔膜是锂离子电池结构中的关键的内层组件之一，其作用是能使电解质离子通过而又隔绝电子、分隔阴极与阳极接触防止短路。传统的锂离子电池隔膜是聚烯烃，如聚丙烯（PP）及聚乙烯（PE）经物理（如拉伸法）或化学（如萃取法）制孔工艺制备的多孔薄膜，如日本旭化成Asahi、东燃化学Tonen、宇部Ube、美国Celgard等外国公司的隔膜产品。作为隔膜的基体聚合物，聚烯烃具有强度高、耐酸碱性好、耐溶剂性好等优点，但缺点是熔点较低（130℃～160℃），高温易收缩或熔断。当电池发生热失控，温度达到聚合物熔点附近，隔膜发生大幅收缩及熔融破裂，电池正负极短路，加速电池的热失控，进而导致电池起火、爆炸等安全事故。

传统的提高隔膜耐热性能的方法是在隔膜中加入纳米氧化物颗粒，如二氧化钛、二氧化硅、二氧化硅或氧化铝纳米颗粒。但纳米材料具有极大的比表面积，存在难以分散、易团聚的问题，难以均匀的与隔膜形成复合，因此往往导致得到的产品性能不理想。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种低能耗、高分散的纳米单离子导体的制备方法。

一种纳米单离子导体的制备方法，其包括以下步骤：S1，通过水解反应制备纳米溶胶的溶液，该纳米溶胶选自钛溶胶、铝溶胶、硅溶胶及锆溶胶中的至少一种；S2，在所述纳米溶胶的溶液中加入含有C=C基团的硅烷偶联剂，在保护性气体中加热，反应得到C=C基团接枝的纳米溶胶的溶液；S3，在所述C=C基团接枝的纳米溶胶的溶液中加入甲基丙烯酸甲酯单体、丙烯酸单体以及引发剂并加热，反应得到纳米溶胶-P(AA-MMA)复合体；S4，将该纳米溶胶-P(AA-MMA)复合体在高压反应釜的液相介质中加热并加压进行反应，加热温度为145°C~200°C，压力为1MPa~2MPa，得到完全脱羟基结晶型氧化物纳米颗粒-P(AA-MMA)复合体，该氧化物纳米颗粒为钛、铝、硅及锆的氧化物中的至少一种；以及S5，将该氧化物纳米颗粒-P(AA-MMA)及氢氧化锂加入有机溶剂中混合并加热，得到该纳米单离子导体的透明澄清分散液。

与现有技术比较，本发明先对无机纳米溶胶进行改性，使其具有C=C基团，再利用C=C基团与丙烯酸及甲基丙烯酸甲酯形成均匀的共聚物，从而实现将无机纳米溶胶均匀的分散在P(AA-MMA)中，再通过在特定温度和压力下进行结晶，控制结晶过程使无机纳米溶胶晶化的同时避免形成的纳米氧化物颗粒发生团聚，得到纳米氧化物颗粒均匀分散在P(AA-MMA)中的复合体，最后将这种复合体与氢氧化锂在有机溶剂中进行反应，通过反应产生的能量使纳米氧化物颗粒均匀分散，得到透明澄清的分散液，从而解决了纳米氧化物颗粒分散的难题。该分散液可以方便的用于各种隔膜的增强和改性。

附图说明

图1为本发明实施例的纳米单离子导体的制备方法的流程图。

图2为本发明实施例以钛酸四丁酯为原料的纳米单离子导体的制备方法的化学反应过程示意图。

图3为本发明实施例纳米TiO₂-P(AALi-MMA)的红外光谱图。

图4为本发明实施例分散液的不同倍率的HRTEM表征图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的低能耗、高分散的纳米单离子导体的制备方法作进一步的详细说明。

请参阅图1及图2，本发明实施例提供一种纳米单离子导体的制备方法，其包括以下步骤：

S1，通过水解反应制备纳米溶胶的溶液，该纳米溶胶选自钛溶胶、铝溶胶、硅溶胶及锆溶胶中的至少一种，具体包括以下步骤：

S11，将可发生水解反应的钛、铝、硅及锆的化合物中的至少一种溶于有机溶剂，形成第一溶液；

S12，将水与有机溶剂混合，形成第二溶液；以及

S13，将第一溶液与第二溶液混合并加热，形成所述纳米溶胶的溶液，并且该步骤S12或S13进一步包括通过加酸或加碱调节pH值在3～4或9～10；