一种SiO制造技术

本发明专利技术公开了一种SiO

【技术实现步骤摘要】
一种SiO2@PAN隔膜及其制备方法和应用
本专利技术属于隔膜材料
，涉及锂离子电池，具体为一种SiO2@PAN隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
随着能源危机和环境污染等问题的日益突出，开发可持续发展新能源替代化石燃料成为当务之急。锂离子电池作为一种新型高能绿色电池备受关注。在锂电池的各个组成部件中，隔膜是关键材料之一，主要作用是隔离正负极防止短路，同时允许锂离子传输。此外，隔膜可以在过度充电或者温度升高情况下通过闭孔来阻隔离子的传导而防止爆炸。隔膜的性能决定着电池的界面结构和内阻，影响电池的放电容量、循环性能、倍率等特性。目前锂离子电池隔膜的主流产品为聚烯烃多孔膜(以聚乙烯和聚丙烯为主)，其孔隙率低(<50％)、对电解液的浸润性差、吸液能力弱、离子电导率低(<1mS/cm)，难以实现高倍率充放电，且在极端条件(过充或者高温热冲击)下受热收缩而容易形成锂枝晶，存在严重的安全隐患。因此，研发可替代传统微孔膜，具有高孔隙率、耐高温、抑制枝晶生长的高性能隔膜对提高锂离子电池的综合性能具有重要意义。锂电池隔膜的制备技术主要包括相转化法、模板法、静电纺丝法等。其中，静电纺丝法所制备的纤维膜以纤维直径小、孔隙率高等优势，使其具有电解液浸润性好、吸液能力强、可高倍率充放电的优点，已成为当前纤维隔膜领域的研究热点。但是静电纺纤维膜仍存在力学强度差、孔径分布不均和枝晶难抑制的问题。而无机纳米材料可以提高聚合物隔膜的液体电解质亲和力和结构稳定性。2017年韩国汉阳大学Kim课题组(JournalofMembraneScience,2017,535,151-157.)将热阻大的SiO2陶瓷颗粒氨基化后涂覆在PE隔膜表面，进一步提高了复合隔膜在高温下的稳定性和机械性能。为提高复合隔膜中陶瓷的负载量，东华理工大学的那兵课题组(CompositesScienceandTechnology,2017,144,178-184.)提出使用抽滤的方式将陶瓷纳米颗粒加入到静电纺丝PVDF/PAN隔膜中，得到的复合隔膜陶瓷负载量达到67.5％，其中陶瓷颗粒分布均匀并没有团聚，隔膜表现出优良的综合性能。由于陶瓷颗粒尺寸较大，涂覆后隔膜表面较小的比表面积限制了隔膜表面与电解液的接触，导致陶瓷复合隔膜的离子电导率提升并不明显。与SiO2陶瓷颗粒相比，采用直径100nm的SiO2纳米线作为锂离子电池隔膜的无机涂料可以为Li+提供选择性迁移通道，有利于增强Li+迁移数。采用无机SiO2纳米线为锂电池隔膜的修饰材料并未见公开技术报道。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种SiO2@PAN隔膜及其制备方法和应用，将该SiO2@PAN隔膜用于制备锂离子电池隔膜，能够增强Li+迁移数，提高锂离子电池性能。本专利技术具体通过以下技术方案实现：一种SiO2@PAN隔膜的制备方法，包括以下步骤：1)制备SiO2纳米线；2)移除SiO2纳米线中的溶剂和有机结构导向剂；3)将聚丙烯腈溶解在有机溶剂中作为纺丝液，经静电纺丝制备PAN基膜；4)将步骤(2)得到的SiO2纳米线均匀分散在水中，滴加到PAN基膜上，即得SiO2@PAN隔膜。进一步的，SiO2纳米线的合成可以选择常规方法。优选的，步骤(1)中制备SiO2纳米线的方法为：将氢溴酸加入水中，再加入有机结构导向剂和正硅酸乙酯，水解后分离获得SiO2纳米线。进一步的，步骤(2)中去除有机结构导向剂的方法为：通过减压抽滤，收集滤渣，用水反复多次洗涤。进一步的，步骤(3)中静电纺丝电压为20-30kV，纺丝液灌注速度为1-2.5mL/h，纺丝温度和湿度分别为24℃和40％。静电纺丝的温度和湿度控制在上述条件下，纺丝效果较好。进一步的，步骤(3)中静电纺丝制备的PAN基膜的孔隙率为70％～90％，孔径为1～2μm。进一步的，步骤(4)中SiO2纳米线均匀的分散在水中，再滴加到步骤(3)制备的PAN基膜上。进一步的，步骤(4)中滴加完成后，进行抽滤，抽滤压力小于0.0005Mpa，抽滤时间大于2h，这样抽滤得到的产物性能会较好。在本专利技术的另一方面，上述制备方法制备得到的SiO2@PAN隔膜也在本专利技术的保护范围之内。在本专利技术的另一方面，提供了所述的SiO2@PAN隔膜在制备锂离子电池隔膜中的应用。本专利技术的有益效果为：本专利技术方法制备的SiO2@PAN锂离子电池隔膜，SiO2纳米线与PAN基膜接触良好，具有高的孔隙率和Li+迁移数，在电子设备、催化以及气体分离等方面有着广阔的应用前景。附图说明图1为制备的SiO2纳米线的SEM图；图2为制备的PAN基膜的SEM图；图3为自制的简易减压真空抽滤装置结构示意图；图4为制备无机SiO2纳米线修饰的锂离子电池隔膜的过程示意图；图5为实施例制备的SiO2@PAN2(2mgSiO2纳米线)隔膜的SEM图；图6为实施例制备的SiO2@PAN10(10mgSiO2纳米线)隔膜的SEM图；图7为实施例制备的隔膜在不同倍率下的容量曲线；图8为实施例制备的隔膜在2C倍率下的容量曲线；图9为实施例制备的不同SiO2纳米线含量的隔膜在不同倍率下的放电曲线；图10为实施例制备的不同SiO2纳米线含量的隔膜在2C倍率下的循环曲线。具体实施方式下面将结合本专利技术具体的实施例，对本专利技术技术方案进行清楚、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他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1SiO2纳米线的制备将190.4mL水加入500mL高温玻璃瓶中，再依次加入190mL氢溴酸和0.582g十六烷基三甲基溴化铵，在室温下搅拌5h，再加入536μL正硅酸乙酯，室温下搅拌10min，移入65℃恒温烘箱中保温48h，通过减压抽滤用水洗涤，收集滤渣，即得到SiO2纳米线。制备的SiO2纳米线的SEM图见图1。SiO2纳米线的直径约为100nm。实施例2PAN纳米纤维基膜的制备取91gN,N-二甲基甲酰胺(DMF)于高温玻璃瓶中，将9gPAN粉末边搅拌边慢慢加到高温玻璃瓶中，然后常温搅拌24h制得澄清的9wt.％PAN纺丝液。在高压电场力下利用静电纺丝技术制备PAN纤维基膜，静电纺丝电压为30kV，纺丝液灌注速度为2.5mL/h，纺丝温度和湿度分别为24℃和40％。图2为制备的PAN基膜的SEM图，从图中可以看出制备的PAN纳米纤维膜直径小，使其具有较好电解液浸润性，有利于做基膜。制备的静电纺丝PAN纳米纤维膜的孔隙率为70-90％，孔径为1-2μm。实施例3真空减压抽滤装置如图3所示，将两个截止阀安装在橡胶管上，一个截止阀连接真空泵负责降本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiO

【技术特征摘要】
1.一种SiO2@PAN隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备SiO2纳米线；
2)移除得到的SiO2纳米线中的溶剂和有机结构导向剂；
3)将聚丙烯腈溶解在有机溶剂中作为纺丝液，经静电纺丝制备PAN基膜；
4)将步骤(2)得到的SiO2纳米线均匀分散在水中，滴加到PAN基膜上，即得SiO2@PAN隔膜。


2.根据权利要求1所述的一种SiO2@PAN隔膜的制备方法，其特征在于，制备SiO2纳米线的方法为：将氢溴酸加入水中，再加入有机结构导向剂和正硅酸乙酯，水解后分离获得SiO2纳米线。


3.根据权利要求1所述的一种SiO2@PAN隔膜的制备方法，其特征在于，去除有机结构导向剂的方法为：通过减压抽滤，收集滤渣，用水反复多次洗涤。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海清，李蕾，王晓雅，翟云云，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33