[發明專利]一種聚合物-木質素復合材料纖維膜的制備方法和應用

在審

• 申請號: 201510581383.0
• 申請日: 2015-09-10
• 公開（公告）號: CN105070870A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 時志強;趙曼;種傳賓;成方;于學文;張進
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;H01M10/0525
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技術領域

本發明涉及一種聚合物-木質素復合材料纖維膜，以及該纖維膜的制備方法及其在鋰離子電池中的應用。

背景技術

鋰離子電池是在二次電池的基礎上發展起來的，它既保持了鋰電池高電壓、高容量的主要優點，又具有安全性能好、循環壽命長的顯著特點，在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業等方面具有廣闊的應用前景，成為近幾年廣為關注的研究熱點。。

鋰離子電池由正負電極、電解質和隔膜組成。作為鋰離子電池的核心組成部件，隔膜的性能決定了電池的界面結構、內阻等，直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性，性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。

由于傳統的聚烯烴隔膜具有良好的化學穩定性，因此在商業化的鋰離子電池中作為主要的隔膜應用。然而由于聚烯烴隔膜具有機械性能差(橫向)，熱穩定性差，孔隙率低，潤濕性差等缺點，從而限制了高能量密度的鋰離子電池的發展。

靜電紡絲技術制備的纖維無紡布具有尺寸小、孔徑分布均勻、孔隙率高、有利于微粒子穿透等優點，將其制成鋰電池隔膜，既能起到阻隔正負極，防止短路的目的，又能讓正負極之間的離子自由穿過，提高電池的循環性能，延長電池使用壽命。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子電池隔膜的制備方法，該制備方法可使隔膜中纖維與纖維之間相互粘結，提高機械強度而不影響纖維膜的基本結構，使鋰離子電池的性能得到提高。

本發明的聚合物-木質素復合材料纖維膜是由靜電紡絲法并進一步熱壓制備得到的，所述的復合材料纖維膜是由聚合物材料與木質素材料復合構成；其中：聚合物材料在復合材料纖維膜中的質量百分比含量為30-90％，木質素材料在復合材料纖維膜中的質量百分比含量為10-70％。

所述的復合材料纖維膜，其厚度為20-40μm，孔隙率為40-80％，拉伸強度為20-60MPa。

所述的聚合物-木質素復合材料纖維膜，其特征是：所述的聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯睛(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物中的任意一種或是其中任意兩種的共混物。

所述的有機溶劑選自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、丙酮、四氫吠喃中的任意一種或者任意二種的混合物。

本發明的聚合物-木質素復合材料纖維膜的制備方法包括以下步驟：

1)復合紡絲溶液的配制

將聚合物材料溶解于有機溶劑中，在溫度為40-60。℃下攪拌后得到聚合物溶液，其中，聚合物溶液中聚合物材料的質量濃度為7-15％；將木質素材料在不斷攪拌下加入到上述聚合物溶液中，得到均勻溶液；

2)制備聚合物-木質素復合材料纖維膜

將步驟1)制備的復合紡絲溶液置于靜電紡絲設備的注液裝置中；將通過原料輸送管線與所述的注液裝置相連通的噴絲頭固定好，并將所述的噴絲頭與接收裝置之間的距離調節為10-25cm，在溫度為20-40℃下進行共混紡絲；其中，共混紡絲溶液在注射泵的作用下以0.5-7ml/h的速度注入所述的噴絲頭中，在所述的噴絲頭與接地的所述的接收裝置之間施加15-30kV的直流高壓電場，共混紡絲溶液在電場力的作用下在所述的噴絲頭的尖端裂分并產生射流，在所述的接收裝置上得到復合纖維膜，干燥，熱壓，最終得到所述的復合纖維膜。

所述的聚合物-木質素復合材料纖維膜，其特征是：所述的聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯睛(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物中的任意一種或是其中任意兩種的共混物。

所述的有機溶劑選自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、丙酮、四氫吠喃中的任意一種或者任意二種的混合物。

所述的靜電紡絲的設備是不銹鋼單噴絲頭的靜電紡絲裝置、不銹鋼多噴絲頭的靜電紡絲裝置或經緯雙向的不銹鋼多噴絲頭的靜電紡絲裝置；所述的靜電紡絲接收裝置為鋁箔、鐵板、鐵網、銅網、鐵滾筒、鋁滾筒和非織造材料中的一種或兩種以上。

所述的干燥步驟中的真空干燥箱溫度為50-120℃，干燥時間為12-63h。

所述的壓延步驟中的壓力為10-50MPa，熱壓溫度為50-200℃，壓力持續時間為0.01h-1h。

一種鋰離子電池，包括：

正極，負極，電池隔膜和電池殼；

正極可以采用含有陰極活性物質磷酸鐵鋰材料制成；