一种用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜及其制备方法和压浸模具技术

一种用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜，包括纳米静电纺丝基膜(1)和网格状筋(2)，纳米静电纺丝基膜(1)上一体成型所述网格状筋(2)，所述网格状筋(2)由横筋(2.1)和纵筋(2.2)一体成型，所述横筋(2.1)和纵筋(2.2)形成多个矩阵排列的多边形网格孔(2.3)；所述网格状筋(2)由网格筋对应位置的纳米静电纺丝和网格筋对应位置由上表面贯通至下表面形成的浸渍树脂在压力下一体固化形成。所述用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜，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。

For a lithium iron phosphate battery nano electrospinning membrane and a preparation method thereof and die pressure leaching

For a lithium iron phosphate battery nano electrospinning membrane, including nano electrospinning membrane (1) and mesh reinforcement (2), nano electrospinning membrane (1) formed integrally with the mesh reinforcement (2), the mesh reinforcement (2) by transverse ribs (2.1) and longitudinal bar (2.2) integrally formed, the transverse rib (2.1) and longitudinal reinforcement (2.2) form a polygon mesh hole arrangement multiple matrix (2.3); the mesh reinforcement (2) by the corresponding position of grid reinforcement nano electrospinning and grid corresponding position from the top surface to the lower surface through impregnating resin the one under pressure curing form. The nano electrospun 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纳米静电纺丝隔膜及其制备方法和压浸模具
本专利技术涉及电池隔膜的
，具体涉及一种用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜及其制备方法和压浸模具。
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。传统的微孔聚烯烃隔膜在锂离子电池中的应用最多。此类微孔隔膜具有较好的化学稳定性、合适的厚度、优异的机械强度等性能，然而，隔膜本身较差的热稳定性、低孔隙率以及与极性电解液较差的浸润性等导致储能电池在充放电的过程中出现高电池阻抗、低能量密度以及低倍率性能，严重时可能存在安全隐患。而采用静电纺丝法制备纳米纤维膜则具备明显优势，该类纳米纤维膜具有具有尺寸小，孔隙率高、孔径分布均匀等优点，可极大提高电池的倍率性能。静电纺丝纳米纤维直径小、比表面积高、孔隙率高、孔径小且均匀，因此静电纺丝纳米纤维基锂离子电池隔膜具有较高的吸液率、保液率以及锂离子电导率。然而，静电纺丝纳米纤维膜的机械强度较差，难以达到电池隔膜在卷装和电池组装过程中的要求，因此，大量的改性方法被运用于提升静电纺丝纳米纤维基电池隔膜的机械性能。提高静电纺丝纳米纤维基电池隔膜的机械性能，通常有以下几种途径：一是混溶，聚合物在配制纺丝液时进行混溶，通过混溶方法能够有效地结合两种聚合物的优势，混溶是一种操作简单且所得纤维形貌及性能较好的一种方法，因此采用上述混溶静电纺丝隔膜制备方法，多种聚合物类隔膜被相继研发出来，其中包括PVDF-HFP/PMMA、PMMA/聚乙烯醇(PVA)、热塑性聚氨酯(TPU)/PVDF以及PAN/PVDF等。二是交叉静电纺丝，交叉静电纺丝技术是指，例如在多针头静电纺丝设备中交替地注入PAN和PVDF纺丝液，通过静电纺丝技术制得了PAN和PVDF纳米纤维杂乱排列的纳米纤维膜；其次，通过对PAN/PVDF复合隔膜施加接近于PVDF熔点的温度进行热压处理，PVDF纤维在热压条件下呈现部分熔融的状态，随机杂乱排列的PVDF纤维之间会出现明显的粘结点。此方法不仅延续了混溶方法中结合两种聚合物优势的长处，此外，由于纤维之间杂乱排列的方式以及大量粘结点的出现，也有效地提升了纤维膜的断裂强度。三是多层复合，在静电纺丝过程中将纺丝液分步静电纺丝到接收装置上，能够实现多层复合的多种聚合物类隔膜，较多的是三明治结构复合隔膜，例如PI/PVDF/PI膜，PVDF/PMIA/PVDF膜等。总之，设计一种用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜，前提是能利用纳米静电纺丝纤维膜的高孔隙率，以便获得较小的离子电阻，一方面静电纺丝纳米纤维膜的机械强度较差，为了保证在大批量生产以及电池组装过程中所需要的机械强度，静电纺丝电池隔膜的断裂强度必须提升，因此研究如何低成本地提高纤维膜的强度和抗冲击能力；另一方面，研究如何需要工艺简单地实现规模化生产，以达到静电纺丝纳米纤维膜基锂离子电池隔膜的实际应用。这在纳米纤维膜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纳米静电纺丝隔膜及其制备方法。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纳米静电纺丝隔膜，包括纳米静电纺丝基膜和网格状筋，纳米静电纺丝基膜上一体成型所述网格状筋，所述网格状筋由横筋和纵筋一体成型，所述横筋和纵筋形成多个矩阵排列的多边形网格孔；所述网格状筋由网格筋对应位置的纳米静电纺丝和网格筋对应位置由上表面贯通至下表面形成的浸渍树脂在压力下一体固化形成。进一步地，还包括连续纤维束，在纳米静电纺丝基膜的网格状筋对应位置设有连续纤维束，所述网格状筋由网格筋对应位置的纳米静电纺丝、连续纤维束和网格筋对应位置由上表面贯通至下表面形成的浸渍树脂在压力下一体固化形成。进一步地，所述网格孔的面积占隔膜总面积的85％以上，所述纳米静电纺丝基膜具有90％以上的孔隙率。进一步地，所述纳米静电纺丝基膜采用芳族聚酰胺，或者聚酰亚胺，纤维直径在200-1000nm。进一步地，所述连续纤维束至少敷设在纳米静电纺丝基膜的上下表面之一，或者纤维束以缝纫的方式穿设在静电纺丝基膜中。一种用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜的制备方法，包括如下步骤，所述纳米静电纺丝隔膜长度方向为第一方向，所述纳米静电纺丝隔膜宽度方向为第二方向；1)准备纳米静电纺丝基膜，所述纳米静电纺丝基膜的孔隙率至少在80以上；2)准备网格筋压浸模具，所述网格筋压浸模具包括下模和上模，所述下模成型表面为平面，对应上模网格凸起筋位置间隔设有多个抽气孔；上模包括凸筋模，凸筋模设有网格凸起筋，网格凸起筋凸出上模成型表面一定量；所述网格凸起筋连通树脂液；树脂液在一定压力和常压之间切换；3)分段压浸成型网格筋，纳米静电纺丝基膜设在上模和下模之间并间歇等距进给；当前进给完成后，下模和上模导向合模并缓慢施加一定合模力，树脂液由常压转换为压力，下模抽气形成负压，树脂液从网格凸起筋中定向向下模成型表面浸渍，直到所有抽气孔被堵塞，加热上模将定向浸渍而成的浸渍筋压实并固化成型，网格筋对应位置的纳米静电纺丝和浸渍树脂在压力下固化成网格筋，形成该段纳米静电纺丝筋膜；4)步进，将该段纳米静电纺丝筋膜前进一个纳米静电纺丝筋膜长度的距离且卷绕在下模下游侧的轴辊上，继续下一段纳米静电纺丝筋膜的成型。进一步地，在步骤2)、步骤3)之间设有步骤2.1)准备纤维定向结构，具体包括，在第一方向上间隔设有多个纵设纤维束，沿第二方向间隔设有多个横设纤维束，纵设纤维束和横设纤维束之间形成网格孔；或者在纳米静电纺丝基膜上，通过缝纫的方法将所述连续纤维丝在第一方向形成纵缝纫线，在第二方向形成横缝纫线，所述纵缝纫线和横缝纫线之间形成网格孔。进一步地，所述网格凸起筋上方设有浸渍液槽，网格凸起筋间隔设有多个浸渍液孔，所述浸渍液孔连通所述浸渍液槽；所述浸渍液槽中储存有树脂液。进一步地，所述上模还包括成型面板,成型面板设有网格通槽，所述凸筋模叠置在成型面板上使得网格凸起筋穿过所述网格通槽并凸出一定量。一种所述用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜的制备方法中的压浸模具，包括下模和上模，所述下模成型表面为平面，对应上模网格凸起筋位置间隔设有多个抽气孔；上模包括成型面板和凸筋模，凸筋模设有网格凸起筋，成型面板设有网格通槽，所述凸筋模叠置在成型面板上使得网格凸起筋穿过所述网格通槽并凸出一定量；所述网格凸起筋上方设有浸渍液槽，网格凸起筋间隔设有多个浸渍液孔，所述浸渍液孔连通所述浸渍液槽；所述浸渍液槽中储存有树脂液；树脂液在一定压力和常压之间切换。所述用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜，通过以下特殊结构及工艺设计提高了纳米静电纺丝基膜的机械性能：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜，其特征在于，包括纳米静电纺丝基膜(1)和网格状筋(2)，纳米静电纺丝基膜(1)上一体成型所述网格状筋(2)，所述网格状筋(2)由横筋(2.1)和纵筋(2.2)一体成型，所述横筋(2.1)和纵筋(2.2)形成多个矩阵排列的多边形网格孔(2.3)；所述网格状筋(2)由网格筋对应位置的纳米静电纺丝和网格筋对应位置由上表面贯通至下表面形成的浸渍树脂在压力下一体固化形成。

【技术特征摘要】
1.一种用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜，其特征在于，包括纳米静电纺丝基膜(1)和网格状筋(2)，纳米静电纺丝基膜(1)上一体成型所述网格状筋(2)，所述网格状筋(2)由横筋(2.1)和纵筋(2.2)一体成型，所述横筋(2.1)和纵筋(2.2)形成多个矩阵排列的多边形网格孔(2.3)；所述网格状筋(2)由网格筋对应位置的纳米静电纺丝和网格筋对应位置由上表面贯通至下表面形成的浸渍树脂在压力下一体固化形成。2.如权利要求1所述用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜，其特征在于，还包括连续纤维束(3)，在纳米静电纺丝基膜(1)的网格状筋对应位置设有连续纤维束(3)，所述网格状筋(2)由网格筋对应位置的纳米静电纺丝、连续纤维束(3)和网格筋对应位置由上表面贯通至下表面形成的浸渍树脂在压力下一体固化形成。3.如权利要求1所述用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜，其特征在于，所述网格孔(2.3)的面积占隔膜总面积的85％以上，所述纳米静电纺丝基膜(1)具有90％以上的孔隙率。4.如权利要求1所述用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜，其特征在于，所述纳米静电纺丝基膜(1)采用芳族聚酰胺，或者聚酰亚胺，纤维直径在200-1000nm。5.如权利要求2所述用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜，其特征在于，所述连续纤维束(3)至少敷设在纳米静电纺丝基膜(1)的上下表面之一，或者纤维束以缝纫的方式穿设在静电纺丝基膜(1)中。6.如权利要求1-5任一所述用于磷酸铁锂电池的纳米静电纺丝隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，所述纳米静电纺丝隔膜长度方向为第一方向，所述纳米静电纺丝隔膜宽度方向为第二方向；1)准备纳米静电纺丝基膜(1)，所述纳米静电纺丝基膜的孔隙率至少在80以上；2)准备网格筋压浸模具，所述网格筋压浸模具包括下模(4)和上模(5)，所述下模(4)成型表面为平面，对应上模网格凸起筋位置间隔设有多个抽气孔(13)；上模(5)包括凸筋模(20)，凸筋模(20)设有网格凸起筋(6)，网格凸起筋凸出上模成型表面一定量；所述网格凸起筋(6)连通树脂液(9)；树脂液在一定压力(P)和常压之间切换；3)分段压浸成型网格筋，纳米静电纺丝基膜(1)设在上模和下模之间并间歇等距进给；当前进给完成后，下模(4)和上模(5)导向合模并缓慢施加一定合模力，树...

【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