耐高温和阻燃特性优异电池用纤维隔膜静电纺丝制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高温和阻燃特性优异电池用纤维隔膜静电纺丝制备方法，该方法将聚丙烯腈

【技术实现步骤摘要】
耐高温和阻燃特性优异电池用纤维隔膜静电纺丝制备方法


[0001]本专利技术属于二维材料应用及电池用隔膜制备
，具体涉及耐高温和阻燃特性优异电池用纤维隔膜静电纺丝制备方法
。

技术介绍

[0002]近几十年来，聚合物加工技术持续得到进步以满足不同应用性能要求，同时各种高性能聚合物材料得到了迅速发展
。
从合成聚合物的起源开始，聚合物纤维的开发制备一直受到研究者高度关注，其应用范围涉及纺织品
、
生物医学材料到储能器件隔膜等
。
静电纺丝技术是一种成熟的纤维材料制备方法，可用于开发直径为数十微米至数百纳米连续纤维
。
耐高温阻燃性是高分子材料的重要性能特征，将纳米材料通过对聚合物材料的原位改性，是提高功能化聚合物材料性能的有效手段
。
[0003]纳米材料是功能材料开发的重要方向，由于其具有比表面积大和表面活性高而显示独特的物理化学性质
。
但是由于大的比表面积和高活性位点，使得纳米材料通常聚集严重，显著降低了纳米材料物理化学特性的发挥，如通过纳米材料对锂离子电池
(LIB)
用隔膜性能改善受到限制
。
近些年来，一维纳米纤维由于具有孔径小，孔隙率高和可直接用于
LIB
用隔膜，而受到研究者的广泛关注
。
利且孔径小，孔隙率高一维纳米材料，可以直接通过熔喷
、
湿法成网
、
真空过滤和静电纺丝等多种方法制备
LIB
用纤维隔膜
。
静电纺丝技术是制备纤维薄膜的有效手段，使用不同种类聚合物原液，可以制备组成可控和微观结构独特的各种功能纤维薄膜，特别是在用于制备
LIB
用纤维隔膜性能改善方面具有优势
。
但是，利用静电纺丝技术制备纳米纤维薄膜面临的技术瓶颈和问题主要有两点
。
首先，静电纺丝制备纳米纤维用天然高分子品种十分有限，使得制备纤维薄膜的结构和性能不够丰富，导致制备纤维薄膜处于应用实验阶段，产业化生产存在较大的问题
。
其次，静电纺丝制备的有机
/
无机复合纳米纤维薄膜性能不仅与纳米粒子结构有关，还与纳米粒子聚集方式和协同性能
、
聚合物基体结构性能
、
粒子与基体的界面结构性能及加工复合工艺等有关
。
因此，如何通过静电纺丝技术制备出高性能
、
多功能纳米纤维薄膜具有很大挑战性
。
[0004]研究结果证明，聚丙烯腈
(PAN)
多孔薄膜是一类化学和热稳定较为优异的纤维隔膜
。PAN
中的丙烯腈单体可与锂离子相互作用，达到增强与电解液的相容性和提高离子电导率
。
同时，通过部分氧化和环化聚丙烯腈
(oxy
‑
PAN)
，
PAN
的机械性能和热稳定性能够可得到显著增强
。
但是，当
PAN
材料长时间暴露于热源时，会随着如氨
、
丙烯腈和其他腈类释放而发生降解，使得
PAN
材料的性能受到严重影响
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是供一种采用静电纺丝法制备耐高温和阻燃特性优异
、
厚度均一的电池用纤维隔膜的方法
。
[0006]针对上述目的，本专利技术所采用的技术方案由下述步骤组成：
[0007]步骤1：将氮化硼固体加入异丙醇中，然后通过探头超声和高速离心的方法得到剥
离的氮化硼纳米片分散液；
[0008]步骤2：将聚丙烯腈
、
硼酸
、
三聚氰胺加入到
N,N
‑
二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，得到聚合物溶液；随后向聚合物溶液中加入剥离的氮化硼纳米片分散液搅拌均匀，得到分散均匀的聚合物纺丝原液；
[0009]步骤3：将聚合物纺丝原液置于与不锈钢针连接的塑料注射器中，静电纺丝条件下制备纤维隔膜；
[0010]步骤4：将步骤3制备的纤维隔膜从收集器分离，然后将纤维隔膜干燥除去其中的残余溶剂
。
[0011]上述步骤1中，优选所述异丙醇中氮化硼固体加入量为
10
～
30mg/mL
，探头超声的功率为
250
～
400W
，超声时间为5～7小时，高速离心转速
6000
～
10000
转
/
分钟，离心时间
20
～
30
分钟
。
[0012]上述步骤2中，优选所述聚丙烯腈
、
硼酸和三聚氰胺的质量比为8～
10
：1～3：
0.8
～1，其中三聚氰胺在聚合物溶液中的浓度为
0.05
～
0.1mg/L
；所述聚合物溶液中聚丙烯腈
、
硼酸和三聚氰胺的总质量与剥离的氮化硼纳米片分散液的质量比为2～
4:1。
[0013]上述步骤2中，优选向聚合物溶液中加入剥离的氮化硼纳米片分散液，
30
～
60℃
搅拌8～
12
小时搅拌均匀，得到分散均匀的聚合物纺丝原液
。
[0014]上述步骤3中，优选将聚合物纺丝原液置于与不锈钢针连接的塑料注射器中，并使用配备有高压电源的注射器以
0.07
～
0.2mL/
小时的进料速率和
12
～
15kV
的电压进行静电纺丝，注射器尖端和转鼓收集器之间的距离为
10
～
15cm
，相对湿度设定为低于
40
％
。
[0015]上述步骤4中，优选将步骤3制备的纤维隔膜从收集器分离，然后将纤维隔膜置于真空干燥箱中，在
80
～
100℃
下干燥8～
12
小时，以除去纤维隔膜中的残余溶剂，干燥后所得纤维隔膜厚度固定在
70
～
90
μ
m。
[0016]本专利技术的有益效果如下：
[0017]1、
本专利技术在以硼酸
、
三聚氰胺
、
聚丙烯腈为原材料静电纺丝技术制备纤维隔膜的纺丝液中加入具有的优异的热稳定性
、
高强度的拉伸性能以及良好的阻抗性能的剥离的氮化硼纳米片，三聚氰胺和氮化硼纳米片提高了隔膜的耐高温和抗拉伸性能，硼酸有效改善了隔膜的阻燃特性，四者协同作用，获得具有耐高温和阻燃特性优异
、
厚度均一电池用纤维隔膜
。
[0018]2、
本专利技术反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种耐高温和阻燃特性优异电池用纤维隔膜静电纺丝制备方法，其特征在于由下述步骤组成：步骤1：将氮化硼固体加入异丙醇中，然后通过探头超声和高速离心的方法得到剥离的氮化硼纳米片分散液；步骤2：将聚丙烯腈
、
硼酸
、
三聚氰胺加入到
N,N
‑
二甲基甲酰胺中，搅拌至完全溶解，得到聚合物溶液；随后向聚合物溶液中加入剥离的氮化硼纳米片分散液搅拌均匀，得到分散均匀的聚合物纺丝原液；步骤3：将聚合物纺丝原液置于与不锈钢针连接的塑料注射器中，静电纺丝条件下制备纤维隔膜；步骤4：将步骤3制备的纤维隔膜从收集器分离，然后将纤维隔膜干燥除去其中的残余溶剂
。2.
根据权利要求1所述的耐高温和阻燃特性优异电池用纤维隔膜静电纺丝制备方法，其特征在于：步骤1中，所述异丙醇中氮化硼固体加入量为
10
～
30mg/mL
，探头超声的功率为
250
～
400W
，超声时间为5～7小时，高速离心转速
6000
～
10000
转
/
分钟，离心时间
20
～
30
分钟
。3.
根据权利要求1所述的耐高温和阻燃特性优异电池用纤维隔膜静电纺丝制备方法，其特征在于：步骤2中，所述聚丙烯腈
、
硼酸和三聚氰胺的质量比为8～
10
：1～3：
0.8
～1，其中三聚氰胺在聚合物溶液中的浓度为
0.05
～
0.1mg/L。4.
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宗怀，石环宝，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：