一种锂电池纳米纤维隔膜的制备方法技术

一种锂电池纳米纤维隔膜的制备方法，包括以下步骤：1）、将PET基聚合物溶解在有机溶剂中，其中PET基聚合物的质量体积比浓度10-25%，搅拌均匀得到PET基聚合物溶液，所述溶液的测定粘度在300~400mPa.S之间；??2）、以PP无纺布作为基底，将配制好的PET基聚合物溶液在纳米纤维纺丝机进行连续静电纺丝，得到PP/PET纳米纤维复合膜，3）、将纺丝完成后得到的纤维膜进行后处理：先通过100~140℃辊热压成型，再在60~80℃真空干燥10~20h，去掉所述纤维膜中残留的溶剂后，制得用于锂离子电池隔膜的纳米纤维膜。本发明专利技术提供一种兼顾耐热性和尺寸稳定性的锂电池纳米纤维隔膜的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
锂离子电池因为具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应和绿色环保等突出优势，已逐步替代传统铅酸蓄电池和镉镍蓄电池，成为动力电池的主要选择。隔膜是锂离子电池的关键部件，在电池中起着阻隔正负极电子电导，允许电解液离子自由通过从而实现离子传导的重要作用，也是关乎锂离子电池安全性的关键组成部分。隔膜性能的优劣决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能、充放电电流密度等关键特性。近几年，锂离子电池原材料已基本实现了国产化，但隔膜材料却主要依赖进口，尤其是动力电池用高端膜材料更是如此。从锂离子动力电池使用安全性角度考虑，电池隔膜需要具有较高吸液保液能力、优异的热尺寸稳定性及良好的自关闭性能。锂离子动力电池是新能源汽车的关键核心组件，高容量、高功率型锂离子动力电池在动态条件下大功率输出、快速充放电等性能方面的需求对锂电池的安全性提出了重大挑战，其对隔膜的强度、热尺寸稳定性和热化学、电化学稳定性提出了更高的需求。传统聚烯烃隔膜的孔隙率低(仅为40%)和吸液能力较差，无法满足动力电池高倍率充放电的要求，影响电池的循环性能。同时，聚烯烃材料在高温下尺寸变形比较明显，而且熔点一般低于170°C，当动力电池大电流放电时，电池局部发热达到这个温度，隔膜就会融化使正负极迅速接触，出现热失控行为。因此，聚烯烃材料隔膜安全性能较低，不能满足锂离子动力电池对隔膜的提出的新需求，也是制约锂离子动力电池在新能源领域快速应用发展的关键所在。无纺布型纳米纤维隔膜具有孔隙率高、透气性好和吸液保液能力强，有利于改善锂离子电池高倍率放电性能及循环性能。无纺布型的锂离子电池隔膜的结构特点:呈现三维孔的结构，可有效避免因为针孔造成的短路现象，并有效提高隔膜保液能力。高压静电纺丝是一种高效制备高分子纳米纤维隔膜技术，该技术利用聚合物高分子溶液在几千至几万伏的高压静电场作用下，克服高分子溶液的表面张力形成带电射流，并不断会出现加速、拉伸现象，伴随溶剂挥发，最终在接收装置上得到纳米级纤维膜。专利CN201210037019.4公开了利用高压静电纺丝法制备PVDF纳米纤维隔膜的过程，该方法制备的隔膜机械强度较低，热尺寸稳定性差(PVDF材料熔点低于165°C )，不适合于用作动力电池隔膜。
技术实现思路
为了克服已有锂电池纳米纤维隔膜的制备方法的不能兼顾耐热性和尺寸稳定性的不足，本专利技术提供一种兼顾耐热性和尺寸稳定性的锂电池纳米纤维隔膜的制备方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:—种锂电池纳米纤维隔膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:I)、将PET基聚合物溶解在有机溶剂中，其中PET基聚合物的质量体积比浓度10-25%，搅拌均匀得到PET基聚合物溶液，所述溶液的测定粘度在30(T400mPa.S之间；2)、以PP无纺布作为基底，将配制好的PET基聚合物溶液在纳米纤维纺丝机进行连续静电纺丝，得到PP/PET纳米纤维复合膜，所述静电纺丝的条件为:温度2(T40°C，电压2(T50KV、纺丝速度为每分钟每米宽幅f 5克；3)、将纺丝完成后得到的纤维膜进行后处理:先通过10(Tl4(rC辊热压成型，再在6(T80°C真空干燥l(T20h，去掉所述纤维膜中残留的溶剂后，制得用于锂离子电池隔膜的纳米纤维膜。进一步,所述步骤I)中,溶解后加入直径30-100 nm疏水型Si02、Ti02无机纳米粒子，加入的质量百分数为0 10%。更进一步，所述有机溶剂是强极性溶剂，所述有机溶剂为六氟异丙醇、苯酚与卤代烷烃的混合溶剂，所述混合溶剂中两者质量比为3:7 7:3。再进一步，所述卤代烷烃为四氯乙烷、二氯甲烷或三卤甲烷。当然，也可以选用其他类型。本专利技术的技术构思为:锂离子动力电池的安全运行需要隔膜具有更高的强度、更好的热尺寸稳定性及热化学稳定性，开发新的隔膜材料以平衡甚至同时提高隔膜的电化学性能和安全性能是动力锂电池对隔膜的新需求。研究表明，采用高熔点纤维增强隔膜或者采用熔点更高的材料制备隔膜可以很好地改善隔膜的热熔化温度，从而有效地保障电池安全。因此，本专利技术致力于寻找一种耐热与尺寸稳定性俱佳高分子基体材料，以机械强度较高的PP无纺布作为基底，采用高压静电纺丝技术制备无纺布型PP/PET纳米纤维复合隔膜。该隔膜具有机械强度好、孔隙率高、吸液保液能力强，有利于锂电池的快速充放电，且具有良好的热尺寸稳定性(破膜温度>250°C，热收缩率小)，能够满足高容量、高功率锂离子动力电池的安全性能要求。锂离子动力电池在大功率输出性能与安全性能方面提出了较高的要求。动力电池的安全运行需要隔膜具有更高的强度、更好的热尺寸稳定性及热化学稳定性。因此，寻找新的隔膜基体材料以平衡甚至同时提高隔膜的电化学性能与安全性能是动力锂电池对隔膜的新需求。本专利技术利用耐热性与尺寸稳定性更佳的PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)作为隔膜基体材料，提高了锂动力电池的安全性能。无纺布型纳米纤维隔膜呈现三维孔结构，能有效防止锂枝晶短路，其在提高隔膜孔隙率、透气性和吸液率等方面具有独特的优势，有利于锂离子电池高倍率放电性能及循环性能的改善。静电纺丝是一种制备无纺布型纳米纤维高效可行的技术，本专利技术采用捷克Elmarco公司Nanospider的纺丝头(罗拉型装置)，通过对水溶性或非水溶性高分子聚合物溶液进行静电纺丝得到纳米纤维隔膜，生产效率高，且便于维修和管理。热关闭效应是保障电池安全性的重要性能，指的是当电池内部温度升高时，隔膜中低熔点聚合物先出现熔融而闭合隔膜的孔，这时阻抗明显上升，防止由于电池过热引起燃烧爆炸。本专利技术在机械强度较高PP无纺布基底上进行静电纺丝，得到PP/PET两层复合膜，实现热闭合，同时，提高纳米纤维复合膜的机械强度。无纺布型纳米纤维隔膜的改性技术，本专利技术通过在PET电纺丝液中添加一些无机纳米材料如纳米Si02、TiO2，进一步提高无纺布隔膜的电解液吸收量和电导率，改善了隔膜的机械性能与电化学性能。本专利技术的有益效果主要表现在:工艺简单、生产效率较高，且纳米纤维隔膜的厚度、孔径、孔隙率和纤维直径等均可控。所制备的纳米纤维复合膜，能够满足高容量、高功率动力电池的大电流充放及苛刻环境下运行的安全性要求。具体实施例方式实施例一:，包括以下步骤:I)将PET基聚合物溶解在有机溶剂中，其中PET基聚合物的质量体积比浓度1(T25%，搅拌均匀得到PET基聚合物溶液，所述溶液的测定粘度在20(T400mPa.S之间；2)以机械性能较好的PP无纺布作为基底，将配制好的PET基聚合物溶液在捷克Elmarco公司纳米纤维纺丝机进行连续静电纺丝，得到宽幅为Im的PP/PET纳米纤维复合膜，所述静电纺丝的条件为:温度2(T40°C，电压2(T50KV、纺丝速度为每分钟每米宽幅f 5克；3)将纺丝完成后得到的整卷的纤维膜进行后处理:先通过100°C 140°C热辊压成型，再在6(T80°C真空干燥l(T20h，去掉所述纤维膜中残留的溶剂后，进行分切得到锂离子电池的纳米纤维隔膜。所述PET基聚合物是PET、PET和纳米Si02、PET和纳米TiO2的混合物。所述有机溶剂是强极性溶剂，所述有机溶剂为六氟异丙醇、苯酚与卤代烷烃的混合溶剂，所述混合溶剂中两者质量比为3:7 7:3。再进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池纳米纤维隔膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：1）、将PET基聚合物溶解在有机溶剂中，其中PET基聚合物的质量体积比浓度10?25%，搅拌均匀得到PET基聚合物溶液，所述溶液的测定粘度在300~400mPa.S之间；2）、以PP无纺布作为基底，将配制好的PET基聚合物溶液在纳米纤维纺丝机进行连续静电纺丝，得到PP/PET纳米纤维复合膜，所述静电纺丝的条件为：温度20~40℃，电压20~50KV、纺丝速度为每分钟每米宽幅1~5克?；3）、将纺丝完成后得到的纤维膜进行后处理：先通过100~140℃辊热压成型，再在60~80℃真空干燥10~20h，去掉所述纤维膜中残留的溶剂后，制得用于锂离子电池隔膜的纳米纤维膜。

【技术特征摘要】
1.种锂电池纳米纤维隔膜的制备方法，其特征在于:所述制备方法包括以下步骤: 1)、将PET基聚合物溶解在有机溶剂中，其中PET基聚合物的质量体积比浓度10-25%，搅拌均匀得到PET基聚合物溶液，所述溶液的测定粘度在30(T400mPa.S之间； 2)、以PP无纺布作为基底，将配制好的PET基聚合物溶液在纳米纤维纺丝机进行连续静电纺丝，得到PP/PET纳米纤维复合膜，所述静电纺丝的条件为:温度2(T40°C，电压2(T50KV、纺丝速度为每分钟每米宽幅f 5克； 3)、将纺丝完成后得到的纤维膜进行后处理:先通过10(Tl4(rC辊热压成型，再在6(T80°C真...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄水寿，吴锦翔，郭加义，
申请(专利权)人：浙江大东南集团有限公司，
类型：发明
国别省市：