【技术领域】
[0001] 本
发明涉及到锂电池技术领域，特别涉及一种多层纳米膜及其制备方法、一种锂电池。【背景技术】
[0002]
锂离子电池因
能量密度大、工作
电压高、循环
稳定性好、无记忆效应等优点，广泛应用于
能源系统中，然而，锂电池自燃、爆炸等事故时有发生，其安全性已成为制约能源系统可靠性的主要挑战之一。
铝塑膜作为锂电池最常用的的封装材料，其在受到剧烈冲击后，往往会出现破损等情况，从而对内部的电芯造成不可逆的损伤，当外界的空气、
水进入电池内部后，还可能会造成起火、爆炸等突发情况，对使用人员造成一定的威胁，因此，如何制造一款在受到损伤时，仍可保护锂电池内部电芯的材料，成了急需解决的问题。【发明内容】
[0003] 为克服
现有技术中存在的问题，本发明提供了一种多层纳米膜及其制备方法、一种锂电池。
[0004] 本发明解决技术问题的方案是提供一种多层纳米膜的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤S1，提供水滑石纳米片前驱体及
聚合物溶液，并将水滑石纳米片前驱体分散于聚合物溶液中，以形成第一溶液；步骤S2，提供亲水性滤膜；步骤S3，利用第一溶液在亲水性滤膜上通过自组装的方式形成复合
薄膜；步骤S4，利用所述复合薄膜以制备获得所述多层纳米膜。
[0005] 优选地，步骤S1具体包括以下步骤：步骤S11，提供
硝酸盐溶液与尿素溶液；步骤S12，将硝酸盐溶液与尿素溶液混合，以制备获得水滑石纳米片前驱体；步骤S13，提供聚合物溶液，将水滑石纳米片前驱体充分分散在聚合物溶液中，以制备形成第一溶液。
[0006] 优选地，所述步骤S11具体包括以下步骤：步骤S111，提供硝酸镁、硝酸铝、尿素以及去离子水；步骤S112，将硝酸镁、硝酸铝溶于去离子水中，以制备获得硝酸盐溶液；步骤S113，将尿素溶于去离子水中，以制备获得尿素溶液。
[0007] 优选地，所述硝酸镁与所述硝酸铝的
质量之比为5/4-2；所述硝酸镁与所述尿素的质量之比为5/4-5/2；所述聚合物溶液包括海藻
酸溶液，所述海藻酸溶液的浓度为3-8％。
[0008] 优选地，步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21，提供流延聚丙烯薄膜、
乙醇、去离子水、
氨水、双
氧水以及
硫酸溶液；步骤S22，用乙醇清洗流延聚丙烯薄膜，再用去离子水清洗干净；步骤S23，将经步骤S22处理后的流延聚丙烯薄膜在氨水与双氧水混合溶液中洗涤，后利用硫酸溶液处理，以制备获得亲水性滤膜。
[0009] 优选地，所述双氧水的浓度为20％-40％。
[0010] 优选地，步骤S3具体包括以下步骤：步骤S31，提供玻璃
基板，将亲水性滤膜贴合在玻璃基板上；步骤S32，将玻璃基板放入第一溶液中，并匀速转动，通过分子自组装在亲水性滤膜表面形成阻氧性复合薄膜，之后干燥，以制备获得复合薄膜。
[0011] 优选地，步骤S4具体包括以下步骤：步骤S41，将上述步骤S3制备获得的复合薄膜通
过热压以制备获得所述多层纳米膜。
[0012] 一种多层纳米膜，其特征在于：所述多层纳米膜包括防水基材与阻氧性复合薄膜，所述阻氧性复合薄膜形成于所述防水基材上。
[0013] 一种锂电池，其特征在于：其包括电芯与封装材料，所述电芯收纳于所述封装材料内，所述封装材料为如
权利要求9所述的多层纳米膜。
[0014] 与现有技术相比，本发明的一种多层纳米膜及其制备方法、一种锂电池具有以下优点：
[0015] 1.与现有的锂离子电池封装材料(如铝塑膜)相比，本多层纳米膜具有一定的自修复功能，可以在材料受到损伤时，阻隔水、氧的侵入，保护电池内部。可将其引入到锂离子电池的封装材料中，以提高锂离子电池的安全性。
[0016] 2.通过利用水滑石结构具有较大的长径比和二维有序结构，可以显著的延长气体分子在本多层纳米膜中的扩散路径的特点，以及水滑石表面的氧空位对氧气具有强烈的化学
吸附作用的特点，可有效提高本多层纳米膜的阻氧性能。
[0017] 3.采用防水基材作为多层纳米膜的基底，利用其具有强隔水能
力的性能，使得本多层纳米膜具有较高的隔水性能。
[0018] 4.利用阻氧性复合薄膜层与防水基材的结合，形成一既具有防水效果又具有阻燃效果的多层纳米膜，使得其可应用的范围更广。
[0019] 5.与传统方式相比，本多层纳米膜制备简易且原料来源广泛，可以极大的提高制备效率。【
附图说明】
[0020] 图1是本发明第一
实施例所提供的一种多层纳米膜的剖面结构示意图。
[0021] 图2是本发明第二实施例所提供的一种多层纳米膜的制备方法的流程示意图。
[0022] 图3是本发明第二实施例所提供的一种多层纳米膜的制备方法中步骤S1的细节流程示意图。
[0023] 图4是本发明第二实施例所提供的一种多层纳米膜的制备方法中步骤S11的细节流程示意图。
[0024] 图5是本发明第二实施例所提供的一种多层纳米膜的制备方法中步骤S2的细节流程示意图。
[0025] 图6是本发明第二实施例所提供的一种多层纳米膜的制备方法中步骤S3的细节流程示意图。
[0026] 图7是本发明第二实施例所提供的一种多层纳米膜的制备方法中步骤S4的细节流程示意图。
[0027] 图8是本发明第三实施例所提供的一种锂离子电池的剖面结构示意图。
[0028] 附图标识说明：
[0029] 1、多层纳米膜；11、阻氧性复合薄膜；12、防水基材；
[0030] 2、电池；21、电芯；22、封装材料。【具体实施方式】
[0031] 为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0032] 请参阅图1，本发明第一实施例所提供的一种多层纳米膜1，其包括有防水基材12与阻氧性复合薄膜11，所述阻氧性复合薄膜11形成于防水基材12上，以形成一具有防水及阻燃效果的薄膜产品。
[0033] 在本实施例中，将水滑石前驱体溶液与聚合物溶液混合，以形成第一溶液，将进行
表面处理后的流延聚丙烯薄膜(Cast Polypropylene，CPP)贴合在玻璃基体上，放入上述第一溶液中匀速转动，通过分子的自组装作用在流延聚丙烯薄膜表面形成阻氧性复合薄膜11，之后干燥即可制备获得包括水滑石等材料的所述多层纳米膜1。优选地，在本实施例所采用的聚合物溶液为海藻酸溶液。
[0034] 其中，由于水滑石结构具有较大的长径比和二维有序结构，因此，其可以显著的延长气体分子在多层纳米膜1中的扩散路径，且水滑石表面的氧空位对氧气具有强烈的
化学吸附作用，因此采用水滑石结构可有效提高多层纳米膜1的阻氧性能。且阻氧性复合薄膜层11还具有一定的自修复功能，在其受到损伤时，仍可阻止氧气的侵入。
[0035] 可以理解，该多层纳米膜1的自修复原理是在潮湿条件下，裂缝区域的海藻酸链羟基之间可形成氢键，以将裂缝区域粘合。
[0036] 本实施例中所采用的防水基材12为流延聚丙烯薄膜，利用其具有强隔水能力的性能，以实现本多层纳米膜1高隔水性能的要求。
[0037] 利用阻氧性复合薄膜层11与防水基材12的结合，形成一既具有防水效果又具有阻燃效果的多层纳米膜1，可用于作为锂离子电池的
包装材料使用。
[0038] 本实施例中所提供的多层纳米膜1主要用于替代现有锂电池所采用的铝塑膜，起到隔绝水与氧气的作用，进而达到保护锂电池的目的。
[0039] 请参阅图2，本发明第二实施例所提供的一种多层纳米膜的制备方法，其包括以下步骤：
[0040] 步骤S1，提供水滑石纳米片前驱体及聚合物溶液，并将水滑石纳米片前驱体分散于聚合物溶液中，以形成第一溶液；
[0041] 步骤S2，提供亲水性滤膜；
[0042] 步骤S3，利用第一溶液在亲水性滤膜上通过自组装的方式形成复合薄膜；
[0043] 步骤S4，利用所述复合薄膜以制备获得所述多层纳米膜。
[0044] 可以理解，在上述步骤S1中所说的水滑石是一种层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxide，LDH)；前驱体是获得目标产物前的一种存在形式，大多是以有机-无机配合物或混合物固体存在，也有部分是以溶胶形式存在。
[0045] 在本实施例中，所提供的水滑石纳米片前驱体为镁铝水滑石纳米片前驱体，在其制备为镁铝水滑石后，可具有良好的
阻燃性能。
[0046] 请参阅图3，步骤S1具体包括以下步骤：
[0047] 步骤S11，提供硝酸盐溶液与尿素溶液；
[0048] 步骤S12，将硝酸盐溶液与尿素溶液混合，以制备获得水滑石纳米片前驱体；
[0049] 步骤S13，提供聚合物溶液，将水滑石纳米片前驱体充分分散在聚合物溶液中，以制备形成第一溶液。
[0050] 在上述步骤S12中，制备水滑石纳米片前驱体的方法包括但不限于低饱和共沉淀法、高饱和共沉淀法、水热合成法、离子交换法、成核/晶化隔离法、
焙烧复原法等。
[0051] 在本实施例中，制备水滑石纳米片前驱体的方法所采用的是焙烧复原法，在将硝酸盐溶液与尿素溶液混合后，通过磁力搅拌5-8小时，再将搅拌后的溶液在100℃-140℃的环境
温度下晶化20-26小时后，用去离子热水洗涤，以制备获得水滑石纳米片前驱体，优选地，磁力搅拌时间优选为5.5-6.5小时，进一步优选5.8-6.2小时。搅拌后的溶液优选在100℃-130℃，进一步优选110℃-125℃。晶化时间为23-25小时，进一步优选23.5-24小时。
[0052] 在本实施例中，磁力搅拌时间为6小时，再将搅拌后的溶液在120℃的
环境温度下晶化24小时，以制备获得水滑石纳米片前驱体。
[0053] 在上述步骤S13中，本实施例所提供的聚合物溶液为海藻酸溶液，之后通过
超声波将水滑石纳米片前驱体充分分散于所述海藻酸溶液中，以制备获得第一溶液。
[0054] 请参阅图4，所述步骤S11具体包括以下步骤：
[0055] 步骤S111，提供硝酸镁、硝酸铝、尿素以及去离子水；
[0056] 步骤S112，将硝酸镁、硝酸铝溶于去离子水中，以制备获得硝酸盐溶液；
[0057] 步骤S113，将尿素溶于去离子水中，以制备获得尿素溶液。
[0058] 在上述步骤S111中，在去离子
水体积相同的情况下，所提供硝酸镁与所述硝酸铝的质量之比可为5/4～2，优选地，硝酸镁与所述硝酸铝的质量之比还可为10/7～2；所述硝酸镁与所述尿素的质量之比可为5/4～5/2，优选地，所述硝酸镁与所述尿素的质量之比还可为5/4～2。
[0059] 在本实施例中，所提供的硝酸镁与硝酸铝的质量之比为5/3、硝酸镁与尿素的质量之比为5/3。
[0060] 在本实施例中，上述步骤S112与步骤S113中，硝酸镁的质量为10g，硝酸铝的质量为6g，尿素的质量为6g，去离子水的体积均为100ml。
[0061] 根据上述步骤S112与步骤S113中所配置的溶液浓度，上述步骤S13中所述海藻酸溶液所采用的浓度可为3％-8％，优选地，所述海藻酸溶液的浓度还可为3％-6％。在本实施例中，海藻酸溶液所采用的浓度为5％。
[0062] 请参阅图5，步骤S2具体包括以下步骤：
[0063] 步骤S21，提供流延聚丙烯薄膜、乙醇、去离子水、氨水、双氧水以及硫酸溶液；
[0064] 步骤S22，用乙醇清洗流延聚丙烯薄膜，再用去离子水清洗干净；
[0065] 步骤S23，将经步骤S22处理后的流延聚丙烯薄膜在氨水与双氧水混合溶液中洗涤，后利用硫酸溶液处理，以制备获得亲水性滤膜。
[0066] 在本实施例中，上述步骤S21所提供的流延聚丙烯薄膜的厚度可为0.5mm-0.2mm，孔径为50目-200目，优选地，所提供的流延聚丙烯薄膜的厚度优选为0.5mm-0.15mm，孔径优选为50目-150目。
[0067] 在本实施例中，所提供的流延聚丙烯薄膜的厚度为0.1mm，孔径为100目。由于流延聚丙烯薄膜表面不带电荷，需要进行清洗以使得其表面带电荷。因此上述步骤S22中，需用乙醇超声清洗所述聚流延聚丙烯薄膜50min-75min，以保证表面的清洁，优选地，清洗时间优选为55min-65min，在本实施例中，用乙醇超声清洗所述流延聚丙烯薄膜的时间为60min。
[0068] 之后在步骤S23中，将清洗后的流延聚丙烯薄膜在氨水与双氧水的混合溶液中洗涤20-60min，洗涤时间优选为30min-40min，然后利用硫酸溶液处理10-60min，处理时间优选为20min-30min，以使得流延聚丙烯薄膜表面亲水且带负电荷。其中，氨水与双氧水的体积之比为7/4-7/2，优选地，氨水与双氧水的体积之比还可为7/3-7/2，在本实施例中，氨水与双氧水的体积之比为7/3，所述双氧水的浓度可为20％-40％，优选地，所述双氧水的浓度可为25％-35％，在本实施例中，所述双氧水的浓度为30％。
[0069] 可以理解，作为一种
变形，上述防水基材包括但不限于氯丁
橡胶薄膜、丁基橡胶薄膜、三元乙丙橡胶薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚异丁烯薄膜、聚氨酯薄膜、尼龙薄膜等。
[0070] 请参阅图6，上述步骤S3具体包括以下步骤：
[0071] 步骤S31，提供玻璃基板，将亲水性滤膜贴合在玻璃基板上；
[0072] 步骤S32，将玻璃基板放入第一溶液中，并匀速转动，通过分子自组装在亲水性滤膜表面形成阻氧性复合薄膜，之后干燥，以制备获得复合薄膜。
[0073] 在本实施例中，上述步骤S32中在流延聚丙烯薄膜表面形成阻氧性复合薄膜，需在25℃-50℃的环境温度条件下进行干燥，以制备获得具有水滑石成分的复合薄膜，优选地，环境温度还可为30℃-40℃。在本实施例中，环境温度为40℃。
[0074] 具体地，上述形成的阻氧性复合薄膜的厚度为300nm-420nm。
[0075] 请参阅图7，步骤S4具体包括以下步骤：
[0076] 步骤S41，将上述步骤S3制备获得的复合薄膜通过
热压以制备获得所述多层纳米膜。
[0077] 在本实施例中，上述步骤S41中，将获得的复合薄膜转移至热压设备内后，在温度为60℃-95℃，压力为0.5MPa-3MPa的环境下干燥，以制备获得多层纳米膜，优选地，环境温度还可为70℃-85℃，压力为1MPa-1.5MPa。在本实施例中，环境温度为80℃，压力为1MPa。
[0078] 请参阅图8，本发明第三实施例所提供的一种锂离子电池2，其包括电芯21与封装材料22，所述封装材料22采用的为上述第一实施例中所提供的多层纳米膜1(按照第二实施例制备获得的多层纳米膜)，以更好的对电芯21进行保护，防止锂离子电池2起火或者爆炸，使得本锂离子电池2可适用的范围更广。
[0079] 与现有技术相比，本发明的一种多层纳米膜的制备方法具有以下优点：
[0080] 1.与现有的锂离子电池封装材料(如铝塑膜)相比，本多层纳米膜具有一定的自修复功能，可以在材料受到损伤时，阻隔水、氧的侵入，保护电池内部。可将其引入到锂离子电池的封装材料中，以提高锂离子电池的安全性。
[0081] 2.通过利用水滑石结构具有较大的长径比和二维有序结构，可以显著的延长气体分子在本多层纳米膜中的扩散路径的特点，以及水滑石表面的氧空位对氧气具有强烈的化学吸附作用的特点，可有效提高本多层纳米膜的阻氧性能。
[0082] 3.采用防水基材作为多层纳米膜的基底，利用其具有强隔水能力的性能，使得本多层纳米膜具有较高的隔水性能。
[0083] 4.利用阻氧性复合薄膜层与防水基材的结合，形成一既具有防水效果又具有阻燃效果的多层纳米膜，使得其可应用的范围更广。
[0084] 5.与传统方式相比，本多层纳米膜制备简易且原料来源广泛，可以极大的提高制备效率。
[0085] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何
修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。
