一种锂电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池隔膜，由骨架纤维层、纳米纤维层和聚合物网络层由下往上层叠而成；骨架纤维层由微米纤维和化学短纤维交织而成，纳米纤维层由纳米纤维交织而成，聚合物网络层由聚合物交织而成；纳米纤维部分伸至骨架纤维层内，聚合物部分伸至纳米纤维层内；其制备方法为：1）将骨架纤维浆料沉积，成型形成骨架纤维层；2）将纳米纤维浆料沉积在骨架纤维层上形成纳米纤维层，经抽滤挤压得到湿膜；3）将油相聚合物溶液喷淋至湿膜的纳米纤维层表面，有机溶剂离去和水互溶，在湿膜表面形成聚合物网络层，经烘烤使有机溶剂和水挥发，得到锂电池隔膜。本发明专利技术的隔膜孔隙率高，耐高温性能好，吸液性好，电解液浸润性能好。

A separator for lithium battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池隔膜及其制备方法
本专利技术属于锂电池
，具体涉及一种锂电池隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解液、隔膜四大材料组成，其中隔膜正是关乎锂电池安全性的关键组成部分。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。目前，锂电池隔膜基本都是聚烯烃隔膜，以及聚烯烃隔膜表面功能涂覆陶瓷的隔膜，这些隔膜耐热温度低，热尺寸稳定性差，电解液浸润性差。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种锂电池隔膜及其制备方法，能够提高隔膜的孔隙率。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为一种锂电池隔膜，所述锂电池隔膜由骨架纤维层、纳米纤维层和聚合物网络层由下往上层叠而成；所述骨架纤维层由微米纤维和化学短纤维交织而成，所述纳米纤维层由纳米纤维交织而成，所述聚合物网络层由聚合物交织而成；所述纳米纤维部分伸至所述骨架纤维层内，所述聚合物部分伸至所述纳米纤维层内。进一步地，所述纳米纤维的直径为5-100nm；所述微米纤维的直径为0.5-1μm，长度为10-1000微米；所述化学短纤维的直径为1-6μm，长度为1-12mm。进一步地，所述纳米纤维为纳米芳纶纤维、纳米纤维素纤维、纳米聚丙烯腈纤维、原纤化天丝纤维中的至少一种；所述微米纤维为分丝帚化的化学短纤维、浆粕、微米纤维素纤维中的至少一种；所述浆粕可以为木浆浆粕，棉浆浆粕，芳纶浆粕，聚乙烯浆粕等；所述化学短纤维为PET纤维、PAN纤维、PBO纤维、PA纤维、PI纤维、芳纶短纤维中的至少一种。进一步地，所述聚合物为芳纶、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。进一步地，所述锂电池隔膜的厚度为10-70μm，孔隙率为45-75%，透气度<50s/100cc，机械强度为10-100Mpa。本专利技术还提供上述锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：1）将微米纤维、化学短纤维加水、分散剂疏解分散均匀，得到骨架纤维浆料，成型形成骨架纤维层；2）将纳米纤维加水、分散剂疏解分散均匀，得到纳米纤维浆料；然后将纳米纤维浆料沉积在骨架纤维层上，形成纳米纤维层，经抽滤挤压后得到湿膜；3）将聚合物和有机溶剂混合搅拌均匀，得到油相聚合物溶液；将油相聚合物溶液喷淋至湿膜的纳米纤维层表面，有机溶剂快速离去和水互溶，聚合物析出成网，在湿膜表面形成聚合物网络层，然后送入烘箱中烘烤，使有机溶剂和水挥发，得到锂电池隔膜。进一步地，步骤2）中，抽滤挤压至膜水分含量为35-80%，再转移至干毯上得到湿膜。进一步地，所述微米纤维与所述化学短纤维的用量之和、所述纳米纤维的用量、所述聚合物的用量和所述分散剂的用量比为30-70：20-80：1-20：0.1-2。进一步地，步骤3）中，所述油相聚合物溶液中聚合物的含量为10-30%。进一步地，所述分散剂为羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、六偏磷酸钠中的任意一种；所述有机溶剂为NMP、丙酮、四氢呋喃、DMF、DMA、TEP、DMSO、DMAc、丁砜中的任意一种。本专利技术的原理如下：本专利技术采用一次成型的方式成型锂电池隔膜，骨架纤维（微米纤维和化学短纤维）和纳米纤维采用类造纸的方法成型成基膜，具有丰富的孔隙结构，但在基膜表面还存在大孔，然后喷淋油相聚合物，通过液液相转换在大孔处及基膜表面成型微孔，重新造孔，增加孔隙率，提高电解液浸润性。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）本专利技术提供的锂电池隔膜的孔隙率高、透气度好、吸液性良好，保电解液性良好，对电池的长循环改善明显，有瞬间的吸液性，注液10s就可以激活电池；电解液浸润性能好，可以缩短注液后电芯的静置时间；其良好的热尺寸稳定性，可以缩短隔膜的烘烤时间；使用本专利技术提供的隔膜可以提高电池的生产效率，而且电化学性能优异，安全性能好；（2）本专利技术提供的锂电池隔膜所采用的主体纤维耐高温，耐化学稳定，制备的隔膜热尺寸稳定性好，且隔膜表面还有丰富的官能团，对于金属离子有良好的捕捉效果，可以抑制锂枝晶的形成；（3）本专利技术通过纳米纤维和骨架纤维打结成型成基膜，纳米纤维之间的化学键和分子间作用力为隔膜提供良好的强度；纤维之间相互搭接形成丰富的孔隙结构，耐热性能良好，再通过液液相转换的方式重新在大孔处及表面造孔，增大孔隙率；采用一次成型的方式，在无纺布基膜制备过程的溶剂为水相，然后在湿膜表面喷淋油相聚合物，有机溶剂离去与水互溶，聚合物析出成网，形成聚合物网络层；（4）本专利技术提供的锂电池隔膜表面的聚合物网络层的粘结性可以很好的和电极极片结合，防止隔膜和极片之间发生滑移。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例1提供的锂电池隔膜的结构示意图；图2为采用本专利技术实施例1提供的制备方法中的步骤1）和步骤2）制备湿膜并经烘烤、卷曲、后处理整饰分切，得到的锂电池隔膜的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1提供的锂电池隔膜的扫描电镜图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1如图1所示，本实施例提供一种锂电池隔膜，所述锂电池隔膜由骨架纤维层、纳米纤维层和聚合物网络层由下往上层叠而成；其中，骨架纤维层由分丝帚化的PAN纤维和PET纤维交织而成，纳米纤维层由纳米芳纶纤维和纳米纤维素纤维交织而成，聚合物网络层由PVDF交织而成；且纳米芳纶纤维和纳米纤维素纤维部分伸至所述骨架纤维层内，PVDF部分伸至所述纳米纤维层内。上述锂电池隔膜的制备方法，包括如下步骤：1）向50份以任意比例混合的分丝帚化的PAN纤维和PET纤维中加水、六偏磷酸钠疏解分散均匀，得到骨架纤维浆料，经沉积成型，形成骨架纤维层；2）向10份纳米芳纶纤维和40份纳米纤维素纤维中加水、六偏磷酸钠疏解分散均匀，得到纳米纤维浆料；然后将纳米纤维浆料沉积在骨架纤维层上，形成纳米纤维层，抽滤挤压至膜水分含量为60%，再转移至干毯上，得到湿膜；3）将20份PVDF和NMP溶剂混合搅拌均匀，得到油相聚合物溶液，油相聚合物溶液中聚合物的含量为20%；将油相聚合物溶液喷淋至湿膜的纳米纤维层表面，NMP快速离去和水互溶，聚合物析出成网，在膜的大孔处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池隔膜，其特征在于：所述锂电池隔膜由骨架纤维层、纳米纤维层和聚合物网络层由下往上层叠而成；所述骨架纤维层由微米纤维和化学短纤维交织而成，所述纳米纤维层由纳米纤维交织而成，所述聚合物网络层由聚合物交织而成；所述纳米纤维部分伸至所述骨架纤维层内，所述聚合物部分伸至所述纳米纤维层内。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂电池隔膜，其特征在于：所述锂电池隔膜由骨架纤维层、纳米纤维层和聚合物网络层由下往上层叠而成；所述骨架纤维层由微米纤维和化学短纤维交织而成，所述纳米纤维层由纳米纤维交织而成，所述聚合物网络层由聚合物交织而成；所述纳米纤维部分伸至所述骨架纤维层内，所述聚合物部分伸至所述纳米纤维层内。


2.如权利要求1所述的一种锂电池隔膜，其特征在于：所述纳米纤维的直径为5-100nm；所述微米纤维的直径为0.5-1μm，长度为10-1000微米；所述化学短纤维的直径为1-6μm，长度为1-12mm。


3.如权利要求1所述的一种锂电池隔膜，其特征在于：所述纳米纤维为纳米芳纶纤维、纳米纤维素纤维、纳米聚丙烯腈纤维、原纤化天丝纤维中的至少一种；所述微米纤维为分丝帚化的化学短纤维、浆粕、微米纤维素纤维的至少一种；所述化学短纤维为PET纤维、PAN纤维、PBO纤维、PA纤维、PI纤维、芳纶短纤维中的至少一种。


4.如权利要求1所述的一种锂电池隔膜，其特征在于：所述聚合物为芳纶、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。


5.如权利要求1所述的一种锂电池隔膜，其特征在于：所述锂电池隔膜的厚度为10-70μm，孔隙率为45-75%，透气度<50s/100cc，机械强度为10-100Mpa。


6.一种如权利要求1所述的锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将微米纤维、化学短纤维加水、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宣宣，解明，
申请(专利权)人：宁波柔创纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33