一种具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，公开了一种具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜及其制备方法和应用，该隔膜中含有中间层结构单元以及包覆在所述中间层结构单元两侧的包覆层。本发明专利技术的隔膜具有较高的孔隙率、高吸液率、良好的耐热性能、良好的离子导电率以及良好的机械性能等优异的综合性能。等优异的综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及锂离子电池领域，具体地涉及一种具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池隔膜的安全性能是要求隔膜具有良好的热尺寸稳定性，在一定高温环境下无明显形变；具有较好的热闭孔性能，在电池短路前发生热闭孔且无明显机械强度的损失，具有较高的热安全温度。
[0003]由于动力电池具有更高的工作温度，较复杂的动行环境，可能在非常规状态，即异常充放状态、异常受热与力学条件滥用下发生爆炸、燃烧等，因此，动力锂离子电池的热安全性能显得尤为重要。
[0004]锂离子电池在大电流条件下，易导致大量锂枝晶，刺破电池隔膜，导致电池内部短路引发安全隐患。
[0005]目前商业化应用的锂离子电池隔膜是聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)隔膜，此种隔膜已无法完全满足日益发展的动力电池市场的要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了克服现有技术的存在上述缺陷，提供一种新的纳米纤维复合隔膜，以期具有较高的孔隙率、高吸液率、良好的耐热性能、良好的离子导电率以及良好的机械性能等综合性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜，该隔膜中含有中间层结构单元以及包覆在所述中间层结构单元两侧的包覆层；
[0008]所述中间层结构单元由纤维I和纤维II彼此杂序交错分布形成，所述纤维I的材料为高分子聚合物A，所述纤维II的材料为高分子聚合物B，所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B不同，二者各自独立地选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚芳醚砜酮、聚偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种；且在所述中间层结构单元中，所述纤维I的重量含量与所述纤维II的重量含量相等；
[0009]各个所述包覆层的材料为高分子聚合物C，所述高分子聚合物C选自聚芳醚砜酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈的至少一种。
[0010]本专利技术第二方面提供一种制备具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜的方法，该方法包括：
[0011](1)将含有高分子聚合物A的分散液I和含有高分子聚合物B的分散液II分别引入至静电纺丝装置的设置有针头的不同存储器中同时进行静电纺丝，以得到其中含有纤维II和纤维I彼此杂序交错分布的中间层结构单元前体，所述纤维I的材料为高分子聚合物A，所述纤维II的材料为高分子聚合物B；所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B不同，二者各
自独立地选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚芳醚砜酮、聚偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种；控制所述分散液I和所述分散液II的流量，使得在所述中间层结构单元中，所述纤维I的重量含量与所述纤维II的重量含量相等；
[0012](2)将所述中间层结构单元前体进行热压，得到中间层结构单元；
[0013](3)将含有高分子聚合物C的分散液III涂覆在所述中间层结构单元的两侧并干燥以形成包覆层，得到所述具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜，所述高分子聚合物C选自聚芳醚砜酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈的至少一种。
[0014]本专利技术第三方面提供由前述第二方面所述的方法制备得到的纳米纤维复合隔膜。
[0015]本专利技术第四方面提供前述第一方面或第三方面所述的纳米纤维复合隔膜在锂离子电池中的应用。
[0016]本专利技术提供的纳米纤维复合隔膜具有较高的孔隙率、良好的耐热性能、良好的离子导电率和良好的机械性能等优异的综合性能，特别地本专利技术提供的复合隔膜的耐热温度适中，具有优异的热安全性能，并且具有较高的吸液率，并且，本专利技术的纳米纤维复合隔膜不会出现无机粒子脱落现象。
[0017]本专利技术的其它特征和优点将通过随后的具体实施方式部分予以详细描述。
具体实施方式
[0018]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0019]如前所述，本专利技术第一方面提供一种具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜，该隔膜中含有中间层结构单元以及包覆在所述中间层结构单元两侧的包覆层；
[0020]所述中间层结构单元由纤维I和纤维II彼此杂序交错分布形成，所述纤维I的材料为高分子聚合物A，所述纤维II的材料为高分子聚合物B，所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B不同，二者各自独立地选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚芳醚砜酮、聚偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种；且在所述中间层结构单元中，所述纤维I的重量含量与所述纤维II的重量含量相等；
[0021]各个所述包覆层的材料为高分子聚合物C，所述高分子聚合物C选自聚芳醚砜酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈的至少一种。
[0022]根据本专利技术一种优选的具体实施方式，所述纤维I和所述纤维II为由静电纺丝法制备得到的纤维。
[0023]优选地，所述纤维I和所述纤维II的平均直径各自独立地为0.5
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2μm。
[0024]优选地，所述纳米纤维复合隔膜的平均厚度为20
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50μm。
[0025]优选地，所述中间层结构单元的平均厚度为19
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49μm。
[0026]优选地，各个所述包覆层的平均厚度为0.05
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2μm。
[0027]本专利技术提供的纳米纤维复合隔膜通过高分子聚合物C形成的包覆层包覆在由纤维I和纤维II形成的中间层结构单元形成三明治结构，通过特定结构以及聚合物种类和纤维的比例的调控配合，得到具有较高的孔隙率、高吸液率、良好的耐热性能、良好的离子导电
率以及良好的机械性能等综合性能优异的锂离子电池隔膜。
[0028]如前所述，本专利技术第二方面提供一种制备具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜的方法，该方法包括：
[0029](1)将含有高分子聚合物A的分散液I和含有高分子聚合物B的分散液II分别引入至静电纺丝装置的设置有针头的不同存储器中同时进行静电纺丝，以得到其中含有纤维II和纤维I彼此杂序交错分布的中间层结构单元前体，所述纤维I的材料为高分子聚合物A，所述纤维II的材料为高分子聚合物B；所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B不同，二者各自独立地选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚芳醚砜酮、聚偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种；控制所述分散液I和所述分散液II的流量，使得在所述中间层结构单元中，所述纤维I的重量含量与所述纤维II的重量含量相等；
[0030](2)将所述中间层结构单元本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜，其特征在于，该隔膜中含有中间层结构单元以及包覆在所述中间层结构单元两侧的包覆层；所述中间层结构单元由纤维I和纤维II彼此杂序交错分布形成，所述纤维I的材料为高分子聚合物A，所述纤维II的材料为高分子聚合物B，所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B不同，二者各自独立地选自聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚芳醚砜酮、聚偏氟乙烯
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六氟丙烯共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的至少一种；且在所述中间层结构单元中，所述纤维I的重量含量与所述纤维II的重量含量相等；各个所述包覆层的材料为高分子聚合物C，所述高分子聚合物C选自聚芳醚砜酮、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈的至少一种。2.根据权利要求1所述的纳米纤维复合隔膜，其中，所述纤维I和所述纤维II为由静电纺丝法制备得到的纤维。3.根据权利要求1或2所述的纳米纤维复合隔膜，其中，所述纤维I和所述纤维II的平均直径各自独立地为0.5
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2μm。4.根据权利要求1
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3中任意一项所述的纳米纤维复合隔膜，其中，所述纳米纤维复合隔膜的平均厚度为20
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50μm；优选地，所述中间层结构单元的平均厚度为19
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49μm；优选地，各个所述包覆层的平均厚度为0.05
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2μm。5.一种制备具有三明治结构的纳米纤维复合隔膜的方法，其特征在于，该方法包括：(1)将含有高分子聚合物A的分散液I和含有高分子聚合物B的分散液II分别引入至静电纺丝装置的设置有针头的不同存储器中同时进行静电纺丝，以得到其中含有纤维II和纤维I彼此杂序交错分布的中间层结构单元前体，所述纤维I的材料为高分子聚合物A，所述纤维II的材料为高分子聚合物B；所述高分子聚合物A和所述高分子聚合物B不同，二者各自独立地选自聚偏氟乙烯、聚丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏清华，张杰，董江舟，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：