本發(fā)明涉及電池，具體而言，涉及一種復(fù)合材料及其制備方法、隔膜和電池。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，為了提高電池(如鋰電池)的綜合性能，更多的研究投入到隔膜的研究開(kāi)發(fā)中。一般而言，通過(guò)在鋰離子電池隔膜表面進(jìn)行涂敷無(wú)機(jī)陶瓷形成陶瓷涂層，可用于改善隔膜的多種性能。如，其一，利用陶瓷涂層可提高隔膜的熱穩(wěn)定性，避免隔膜有較大的收縮而導(dǎo)致電池的短路風(fēng)險(xiǎn)；其二，無(wú)機(jī)陶瓷具備較高的機(jī)械強(qiáng)度，可提高鋰離子電池隔膜的穿刺能力，提高其安全性能；其三，利用陶瓷涂層較高的孔隙容納更多得電解液，增加隔膜的浸潤(rùn)性和保液性，提高電池的循環(huán)性能。

2、然而，傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)陶瓷材料往往不具備孔隙結(jié)構(gòu)且密度較大，這對(duì)于鋰電池的能量密度的提高是不利的，因此如何在保證不改變陶瓷涂層的成分下提高電池的能量密度和安全性能成為急需解決的問(wèn)題之一。

3、相關(guān)技術(shù)，比如公開(kāi)號(hào)為cn103553686a的專利采用聚氨酯有機(jī)泡沫浸漬法制備泡沫陶瓷，該方法得到的泡沫陶瓷孔徑和孔隙率取決于有機(jī)泡沫本身，而在燒結(jié)過(guò)程中存在有機(jī)體系，不可避免地會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，且高溫碳化后的碳材質(zhì)基底存在剛性差的特性，因此會(huì)降低多孔氧化鋁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)坍塌后，比表面積降低影響有害氣體的吸附以及電池的安全性能和離子傳輸性。

4、鑒于此，特提出本申請(qǐng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明提供一種復(fù)合材料及其制備方法、隔膜和電池，可增強(qiáng)陶瓷材料的多孔性和剛性，提高使用該復(fù)合材料的隔膜的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高使用該隔膜的電池的循環(huán)性能和功率性能。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括：

4、基體，所述基體包括zif材料；

5、剛性材料層，包覆在所述基體的至少部分表面；

6、陶瓷材料層，包覆在所述剛性材料層的至少部分表面。

7、另外，根據(jù)本申請(qǐng)的復(fù)合材料，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

8、在其中的一些實(shí)施方式中，所述zif材料包括zif-8、zif-67、zif-90、zif-71、zif-5、zif-93、zif-97或zif-20中的至少一種。

9、在其中的一些實(shí)施方式中，所述zif材料的平均粒徑為0.5μm～2μm。

10、在其中的一些實(shí)施方式中，所述剛性材料層包括碳化鈦、碳化鎢、碳化鋯或氮化鈦中的至少一種。

11、在其中的一些實(shí)施方式中，所述剛性材料層的厚度為0.2μm～0.8μm。

12、在其中的一些實(shí)施方式中，所述陶瓷材料層包括氧化鋁、氧化鋯、氧化鉻、氧化鈷、氧化鎳、氧化鋅、氧化鈦、氧化錳或氧化釔中的至少一種。

13、在其中的一些實(shí)施方式中，所述陶瓷材料層的厚度為0.5μm～2μm。

14、在其中的一些實(shí)施方式中，所述基體、剛性材料層和陶瓷材料層的質(zhì)量比為(5～20)：(1～5)：(80～95)。

15、根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種復(fù)合材料的制備方法，其包括如下步驟：

16、制備zif前驅(qū)體；

17、將所述zif前驅(qū)體與剛性材料前驅(qū)體溶液混合，通入反應(yīng)性氣體，進(jìn)行第一加熱處理，得到被剛性材料層包覆的zif材料；

18、將所述被剛性材料層包覆的zif材料浸泡在堿性溶液中，得到前驅(qū)體，將所述前驅(qū)體與陶瓷材料前驅(qū)體溶液混合，進(jìn)行第二加熱處理，在剛性材料層的表面包覆陶瓷材料層。

19、在其中的一些實(shí)施方式中，所述制備zif前驅(qū)體包括：將金屬鹽、咪唑類原料和溶劑混合，得到混合溶液，將所述混合溶液在100℃～200℃下反應(yīng)1h～6h，得到zif前驅(qū)體。

20、在其中的一些實(shí)施方式中，所述剛性材料前驅(qū)體溶液包括四氯化鈦溶液、四氯化鎢溶液或氯化鋯溶液的至少一種。

21、在其中的一些實(shí)施方式中，所述剛性材料前驅(qū)體溶液的濃度為0.01～0.5mol/l。

22、在其中的一些實(shí)施方式中，所述反應(yīng)性氣體適于與剛性材料前驅(qū)體反應(yīng)，所述反應(yīng)性氣體包括烷烴類氣體或氨氣中的至少一種；其中，所述烷烴類氣體包括甲烷、乙烷、丙烷或丁烷中的至少一種。

23、在其中的一些實(shí)施方式中，所述第一加熱處理的溫度為800℃～1400℃，時(shí)間為2h～6h。

24、在其中的一些實(shí)施方式中，所述堿性溶液包括氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液的至少一種。

25、在其中的一些實(shí)施方式中，所述堿性溶液的濃度為0.5～1mol/l；

26、在其中的一些實(shí)施方式中，所述將前驅(qū)體與陶瓷材料前驅(qū)體溶液混合包括：將所述前驅(qū)體在所述陶瓷材料前驅(qū)體溶液中浸泡0.5h～5h。

27、在其中的一些實(shí)施方式中，所述陶瓷材料前驅(qū)體溶液包括鋁鹽溶液、鋯鹽溶液、鉻鹽溶液、鈷鹽溶液、鎳鹽溶液、鋅鹽溶液、鈦鹽溶液、錳鹽溶液或釔鹽溶液中的至少一種。

28、在其中的一些實(shí)施方式中，所述第二加熱處理的溫度為1000℃～1500℃，時(shí)間為2h～6h。

29、根據(jù)本申請(qǐng)的又一個(gè)方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種隔膜，其包括基膜和設(shè)于基膜至少一側(cè)表面上的陶瓷涂層；

30、所述陶瓷涂層包括前述的復(fù)合材料或由前述的方法制得的復(fù)合材料，以及粘結(jié)劑。

31、在其中的一些實(shí)施方式中，所述復(fù)合材料與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為(90～95)：(5～10)。

32、根據(jù)本申請(qǐng)的再一個(gè)方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種電池，其包括前述的隔膜。

33、實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，至少具有以下有益效果：

34、在本申請(qǐng)實(shí)施例中，所提供的復(fù)合材料包括基體、剛性材料層和陶瓷材料層，其中的基體包括zif材料。由此，以zif材料作為基底，并在zif材料的表面形成剛性材料層，在剛性材料層的表面形成陶瓷材料層，可使復(fù)合材料具有較大的比表面積，提高其吸附性能；而且該復(fù)合材料具備較大的剛性，結(jié)構(gòu)不易坍塌，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)；該復(fù)合材料以zif材料作為基底，能使得復(fù)合材料存在大量的孔結(jié)構(gòu)，可容納更多的電解液以及提高鋰離子的傳輸。該復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)能使得該材料較輕，能降低電池的質(zhì)量，提高重量能量密度。

35、從而，將該復(fù)合材料應(yīng)用在隔膜中，可以改善現(xiàn)有的隔膜中的陶瓷材料存在的不具備孔隙結(jié)構(gòu)、密度較大、剛性較低等問(wèn)題。同時(shí)，應(yīng)用在復(fù)合材料的隔膜增強(qiáng)了電解液的浸潤(rùn)性和吸附性，可吸附鋰電池中的氧氣等氣體，避免對(duì)電解液的氧化，提高了隔膜的熱穩(wěn)定性，而且能為離子的傳輸提供更多的途徑，進(jìn)而利于提升應(yīng)用該隔膜的電池的循環(huán)性能、功率性能、倍率性能以及安全性等性能。

36、本申請(qǐng)的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述zif材料包括zif-8、zif-67、zif-90、zif-71、zif-5、zif-93、zif-97或zif-20中的至少一種；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述剛性材料層包括碳化鈦、碳化鎢、碳化鋯或氮化鈦中的至少一種；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述陶瓷材料層包括氧化鋁、氧化鋯、氧化鉻、氧化鈷、氧化鎳、氧化鋅、氧化鈦、氧化錳或氧化釔中的至少一種；

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述基體、剛性材料層和陶瓷材料層的質(zhì)量比為(5～20)：(1～5)：(80～95)。

6.一種復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述制備zif前驅(qū)體包括：將金屬鹽、咪唑類原料和溶劑混合，得到混合溶液，將所述混合溶液在100℃～200℃下反應(yīng)1h～6h，得到zif前驅(qū)體；

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述堿性溶液包括氫氧化鈉溶液或氫氧化鉀溶液的至少一種；

9.一種隔膜，其特征在于，包括基膜和設(shè)于基膜至少一側(cè)表面上的陶瓷涂層；

10.一種電池，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的隔膜。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合材料及其制備方法、隔膜和電池。所提供的復(fù)合材料，包括：基體，所述基體包括ZIF材料；剛性材料層，包覆在基體的至少部分表面；陶瓷材料層，包覆在剛性材料層的至少部分表面。復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：制備ZIF前驅(qū)體；將ZIF前驅(qū)體與剛性材料前驅(qū)體溶液混合，通入反應(yīng)性氣體，進(jìn)行第一加熱處理，然后浸泡在堿性溶液中，得到前驅(qū)體，將前驅(qū)體與陶瓷材料前驅(qū)體溶液混合，進(jìn)行第二加熱處理，在剛性材料層的表面包覆陶瓷材料層。一種隔膜包括所述的復(fù)合材料。本發(fā)明能提高陶瓷材料的多孔性和剛性，提高使用該復(fù)合材料的隔膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，利于提高電池的安全性、循環(huán)性能和功率性能。

技術(shù)研發(fā)人員：包文濤,于天恒,邢敏,鄧燕,韓延林,於洪將,于哲勛,王洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇正力新能電池技術(shù)股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14