一种用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜及其制备方法技术

一种用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜，所述聚合物隔膜宽度方向为第一方向，所述聚合物隔膜长度方向为第二方向；包括网格状筋膜(1)，所述网格状筋膜(1)包括有横筋(1.1)和纵筋(1.2)；所述横筋和纵筋成网格孔(1.3)，所述网格状筋膜中一体成型有纤维定向无纺布(2)，所述纤维定向无纺布包括纵向高密度纤维束(2.1)和横向低密度纤维束(2.2)，纵向高密度纤维束覆盖所述网格孔且对应网格孔沿第一方向间隔排列，所述横向低密度纤维束覆盖网格孔且对应网格孔沿第二方向间隔排列；所述网格孔中位于高密度纤维束的至少一侧固设有无序的纳米静电纺丝层(3)。所述用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜，极大提高电池的大倍率充放电性能，同时兼具较高的耐高温性能和安全性。

Fiber reinforced polymer separator for lithium iron phosphate battery and preparation method thereof

For a lithium iron phosphate fiber reinforced polymer membrane, the polymer diaphragm width direction in a first direction, the length direction of the diaphragm to the second direction; including grid fascia (1), the grid shaped fascia (1) comprises a transverse rib (1.1) and (1.2); the longitudinal reinforcement the transverse bars and vertical bars into a grid hole (1.3), a non-woven fiber orientation integrally formed by the grid shaped fascia (2), the fiber orientation including high density fiber non-woven longitudinal and transverse beam (2.1) low density fiber bundle (2.2), high density longitudinal fiber bundle covering the mesh hole and the corresponding mesh holes spaced along the first direction, the transverse low density fiber bundle cover mesh holes and corresponding mesh holes are arranged at intervals along the second direction; at least one side of the mesh hole in high density fiber bundle is fixedly provided with nano electrospinning layer disorder (3). The fiber reinforced polymer separator for lithium iron phosphate battery greatly improves the high rate charge discharge performance of the battery, and has high temperature resistance performance and safety.

【技术实现步骤摘要】
一种用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜及其制备方法
本专利技术涉及隔膜的
，具体涉及一种用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂电池隔膜是一层有孔的绝缘层，厚度在8-40um，在电池中起着防止正极与负极接触，阻隔充放电时电路中的电子通过，允许电解液中锂离子通过，从而实现离子传导的重要作用。高性能锂电池隔膜的各项性能指标是冲突的，比如提高锂离子电池的比能量和大功率放电能力，就需要提高隔膜的孔隙率并降低隔膜的厚度，以便获得较小的离子电阻，但这些改变会大大降低隔膜的强度和抗冲击能力，进一步降低锂离子电池的安全性。由于各行各业对于大功率、快速充放电锂离子电池的迫切需求，现有技术的锂电池隔膜存在如下缺陷：耐温性差，在过渡充放电时产生高温使得隔膜大量收缩甚至融化，造成电极直接接触短路，继而引发火灾。电解液润湿度低造成锂离子导电率低。锂电池隔膜的制备方法主要集中在微孔的成型上。通过拉伸成型微孔是现有技术隔膜的主要成型方法。比亚迪股份有限公司的专利技术专利(CN102820444A，2012.12.12)公开了一种电池隔膜及其制备方法，①树脂混合液，将超高分子量聚乙烯50-88％与线性低密度聚乙烯12-50％混合并置于溶剂中，加热搅拌得到混合溶液；②无纺布涂覆，将该混合溶液涂覆到聚偏氟乙烯无纺布的两面；③拉伸，将涂覆后的隔膜进行拉伸；④热定型，对拉伸后的隔膜进行辐射交联，热定型，得到成品隔膜。使得隔膜透气率235-330s/100ml，闭孔温度129-132℃，刺穿强度0.7-1.0kgf，破膜温度168-172℃。尤其是通过高压静电纺丝工艺制备的偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物无纺布，网孔直径500-800nm，厚30um，孔隙率70％，表现最佳。但是该隔膜由于使用高分子量聚乙烯，热收缩性偏大，静电纺丝做的无纺布对热收缩性也没有阻碍作用，导致电池隔膜整体的热收缩性相对较大。也有为了平衡各方面性能的多层复合膜，现有技术中常见的有PP/PE复合膜和PP/PE/PP复合膜，利用了聚乙烯(PE)柔软、韧性好，闭孔温度和熔断温度低的特点，也利用了聚丙烯力学性能高的特性，使得锂离子电池隔膜同时具有较低的闭孔温度和较高的熔断温度，但是PP/PE隔膜对电解质的亲和性较差，易瞬间长线条撕裂，短路面积在瞬间迅速扩大，急剧上升的热量难以及时排出，潜在爆炸可能性较大。总之，设计一种用于磷酸铁锂电池的聚合物隔膜，既能提高隔膜的孔隙率并降低隔膜的厚度，以便获得较小的离子电阻，但又同时具有满足要求的隔膜的强度和抗冲击能力，这在行业内已经成为迫切需要解决的共性难题。
技术实现思路
针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜及其制备方法。本专利技术的目的是这样实现的，一种用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜，所述聚合物隔膜宽度方向为第一方向，所述聚合物隔膜长度方向为第二方向；包括网格状筋膜，所述网格状筋膜包括有横筋和纵筋；所述横筋和纵筋形成网格孔，所述网格状筋膜中一体成型有纤维定向无纺布，所述纤维定向无纺布包括纵向高密度纤维束和横向低密度纤维束，纵向高密度纤维束覆盖所述网格孔且对应网格孔沿第一方向间隔排列，所述横向低密度纤维束覆盖网格孔且对应网格孔沿第二方向间隔排列，所述纵向高密度纤维束横穿在所述横筋中，所述横向低密度纤维束横穿在所述纵筋中；所述网格孔中位于高密度纤维束的至少一侧固设有无序的纳米静电纺丝层。进一步，网格孔的面积占所述网格状筋膜总面积的60～80％，所述纳米静电纺丝层具有80～90％的孔隙率。进一步，纳米静电纺丝层通过一体成型或加热粘结固化的方式锚定在纵筋和横筋上。进一步，纤维定向无纺布采用超细聚烯烃纤维，或者采用芳族聚酰胺纤维，或者聚酰亚胺纤维，纤维直径在1-10μm的连续纤维丝。进一步，纳米静电纺丝层采用芳族聚酰胺或者聚酰亚胺材料，纤维直径在200-1000nm。所述用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜的制备方法，包括如下步骤，所述聚合物隔膜宽度方向为第一方向，所述聚合物隔膜长度方向为第二方向；1)准备成膜模具，所述成膜模具包括下模和上模，下模设有网格型腔，所述网格型腔包括间隔设置的横筋槽和纵筋槽，在横筋槽和纵筋槽之间设有插件定位槽；2)准备纤维定向布置结构，纵纤维以高密度间隔连续形成宽度为网格孔的宽度的高密度纵纤维束，所述高密度纵纤维束穿设在下模和上模之间对应网格孔在第一方向间隔排列并穿设在下模上；横纤维以低密度间隔间隔排列至少3根形成低密度横纤维束，所述低密度横纤维束对应网格孔在第二方向间隔排列并穿设在下模上；3)准备多个纳米静电纺丝片，采用高压纳米静电纺丝工艺在一基板上形成纳米静电纺丝片，将纳米静电纺丝片裁剪成网格孔边长δ+余量0.5-1mm大小的尺寸，将纳米静电纺丝片定位在插件定位槽中；4)成型筋膜，成型筋膜，将树脂液均匀涂覆到网格型腔中，对下模的成型表面施加振动，上模下行与上模合模，固化所述树脂液形成成型筋膜；5)将所述低密度横纤维束切断，开模，将成型筋膜前进一个成型筋膜长度的距离且卷绕在下模下游侧的轴辊上，继续下一段成型筋膜的成型。进一步，所述网格孔为正方形，所述纳米静电纺丝片为正方形，每个边的端点和中点设有定位粘结纤维柱。进一步，下模和上模的成型表面均采用石英材料；所述网格型腔通过光刻、离子束蚀刻工艺在下模的成型表面上形成，横筋槽和纵筋槽的槽深误差控制在±20nm。进一步，所述纳米静电纺丝片中心与所述高密度纤维束点熔接。所述用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜的制备方法，包括如下步骤，所述聚合物隔膜长度方向为第一方向，所述聚合物隔膜宽度方向为第二方向；1)准备纤维定向无纺布，纵纤维以第一距离连续形成宽度为网格孔宽度的高密度纵纤维束，所述高密度纵纤维束应网格孔在第一方向间隔排列；横纤维以第二距离间隔排列至少3根形成低密度横纤维束，所述低密度横纤维束对应网格孔在第二方向间隔排列；热粘结所述高密度纵纤维束和低密度横纤维束形成纤维定向无纺布；3)准备多个纳米静电纺丝片，采用高压纳米静电纺丝工艺在一基板上形成纳米静电纺丝片，将纳米静电纺丝片裁剪成网格孔边长尺寸，将纳米静电纺丝片定位在插件定位槽中；4)准备筋膜，下基膜上刷离型剂，以网格孔间的长度和宽度间隔贴设下横筋膜和下纵筋膜，在下横筋膜和下纵筋膜形成的网格中粘结固定所述静电纺丝片，制成下筋膜，然后用轴辊卷绕所述下筋膜；上基膜上刷离型剂，以网格孔的长度和宽度间隔贴设上横筋膜和上纵筋膜，制成上筋膜，然后用轴辊卷绕所述上筋膜；5)卷制，将下筋膜、纤维定向无纺布、上筋膜以网格孔为基准定位对齐并卷绕在轴辊上形成连续卷绕辊结构；对所述连续卷绕辊结构进行加热加压处理，将上筋膜和下筋膜一体化成型为中间穿设纤维束的一体膜；将所述一体膜去掉内外侧的下基膜和上基膜，即得到所述用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜。所述用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜，通过以下特殊结构设计做到了高孔隙率同时兼顾机械性能：1)纤维增强的网格状筋膜网格状筋膜保证了聚合物薄膜的整体性，间隔设置的高密度纤维束和低密度纤维束都是穿设在横筋和纵筋中的，是对网格状筋膜纵向和横向的机械性能的加强，大大增强了热收缩性和抗拉强度；2)纳米静电纺丝片，网格状筋膜的网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜，其特征在于，所述聚合物隔膜宽度方向为第一方向，所述聚合物隔膜长度方向为第二方向；包括网格状筋膜(1)，所述网格状筋膜(1)包括有横筋(1.1)和纵筋(1.2)；所述横筋(1.1)和纵筋(1.2)形成网格孔(1.3)，所述网格状筋膜(1)中一体成型有纤维定向无纺布(2)，所述纤维定向无纺布(2)包括纵向高密度纤维束(2.1)和横向低密度纤维束(2.2)，纵向高密度纤维束(2.1)覆盖所述网格孔且对应网格孔沿第一方向间隔排列，所述横向低密度纤维束(2.2)覆盖网格孔且对应网格孔沿第二方向间隔排列，所述纵向高密度纤维束(2.1)横穿在所述横筋(1.1)中，所述横向低密度纤维束(2.2)横穿在所述纵筋(1.2)中；所述网格孔(1.3)中位于高密度纤维束(2.1)的至少一侧固设有无序的纳米静电纺丝层(3)。

【技术特征摘要】
1.一种用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜，其特征在于，所述聚合物隔膜宽度方向为第一方向，所述聚合物隔膜长度方向为第二方向；包括网格状筋膜(1)，所述网格状筋膜(1)包括有横筋(1.1)和纵筋(1.2)；所述横筋(1.1)和纵筋(1.2)形成网格孔(1.3)，所述网格状筋膜(1)中一体成型有纤维定向无纺布(2)，所述纤维定向无纺布(2)包括纵向高密度纤维束(2.1)和横向低密度纤维束(2.2)，纵向高密度纤维束(2.1)覆盖所述网格孔且对应网格孔沿第一方向间隔排列，所述横向低密度纤维束(2.2)覆盖网格孔且对应网格孔沿第二方向间隔排列，所述纵向高密度纤维束(2.1)横穿在所述横筋(1.1)中，所述横向低密度纤维束(2.2)横穿在所述纵筋(1.2)中；所述网格孔(1.3)中位于高密度纤维束(2.1)的至少一侧固设有无序的纳米静电纺丝层(3)。2.如权利要求1所述用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜，其特征在于，网格孔(1.3)的面积占所述网格状筋膜总面积的60～80％，所述纳米静电纺丝层(3)具有80～90％的孔隙率。3.如权利要求2所述用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜，其特征在于，纳米静电纺丝层(3)通过一体成型或加热粘结固化的方式锚定在纵筋和横筋上。4.如权利要求1所述用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜，其特征在于，纤维定向无纺布(2)采用超细聚烯烃纤维，或者采用芳族聚酰胺纤维，或者聚酰亚胺纤维，纤维直径在1-10μm的连续纤维丝。5.如权利要求4所述用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜，其特征在于，纳米静电纺丝层(3)采用芳族聚酰胺或者聚酰亚胺材料，纤维直径在200-1000nm。6.如权利要求1-5任一所述用于磷酸铁锂电池的纤维增强聚合物隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，所述聚合物隔膜宽度方向为第一方向，所述聚合物隔膜长度方向为第二方向；1)准备成膜模具，所述成膜模具包括下模(4)和上模(5)，下模(4)设有网格型腔(16)，所述网格型腔(16)包括间隔设置的横筋槽(16.1)和纵筋槽(16.2)，在横筋槽(16.1)和纵筋槽(16.2)之间设有插件定位槽(16.3)；2)准备纤维定向布置结构(10)，纵纤维以高密度间隔(ΔH1)连续形成宽度为网格孔(1.3)的宽度的高密度纵纤维束(14)，所述高密度纵纤维束穿设在下模和上模之间对应网格孔在第一方向间隔排列并穿设在下模(4)上；横纤维以低密度间隔(ΔH2)间隔排列至少3根形成低密度横纤维束(15)，所述低密度横纤维束对应网格孔在第二方向间隔排列并穿设在下模上；3)准备多个纳米静电纺丝片(20)，采用高压纳米静电纺丝工艺在一基板上形成纳米静电纺丝片(20)，将纳米静电纺丝片(20)裁剪成网格孔边长(δ)尺寸，将纳米静电纺丝片定...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓通，吴传官，
申请(专利权)人：东莞市沃泰通新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44