[發(fā)明專利]一種用于磷酸鐵鋰電池的納米靜電紡絲增強隔膜及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107706340B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧通;吳傳官
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞市沃泰通新能源有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;D01D5/00;B29C65/20;B29L7/00
• 代理公司: 北京天盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11421
• 代理人: 黃鵬飛

一種用于磷酸鐵鋰電池的納米靜電紡絲增強隔膜，包括網(wǎng)格基材(1)、納米靜電紡絲膜(2)，所述納米靜電紡絲膜(2)由下而上依序包括第一低熔點靜電紡絲層(3)、高低熔點交叉靜電紡絲層(4)、第二低熔點靜電紡絲層(5)；所述第一低熔點靜電紡絲層采用低熔點聚合物(L)通過靜電紡絲接收在網(wǎng)格基材(1)上；三層依序形成得到中間膜(6)；還包括縫紉線(7)，所述中間膜(6)經(jīng)縫紉線(7)在長度方向和寬度方向分別平行且間隔形成縫制線形成縫制中間膜(10)；所述縫制中間膜品(10)經(jīng)過低熔點聚合物玻璃化溫度(T_G)的熱壓處理，使得所述低熔點聚合物制成的所述纖維絲與高熔點聚合物制成的纖維絲接觸部位熔接。所述用于磷酸鐵鋰電池的納米靜電紡絲增強隔膜，極大提高了靜電紡絲的穿刺強度和拉伸強度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電池隔膜的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于磷酸鐵鋰電池的納米靜電紡絲增強隔膜及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰電池隔膜是一層有空的絕緣層，厚度在8-40um，在電池中起著防止正極與負極接觸，阻隔充放電時電路中的電子通過，允許電解液中鋰離子通過，從而實現(xiàn)離子傳導(dǎo)的重要作用。高性能鋰電池隔膜的各項性能指標是沖突的，比如提高鋰離子電池的比能量和大功率放電能力，就需要提高隔膜的孔隙率并降低隔膜的厚度，以便獲得較小的離子電阻，但這些改變會大大降低隔膜的強度和抗沖擊能力，進一步降低鋰離子電池的安全性。由于各行各業(yè)對于大功率、快速充放電鋰離子電池的迫切需求，現(xiàn)有技術(shù)的鋰電池隔膜存在如下缺陷：耐溫性差，在過渡充放電時產(chǎn)生高溫使得隔膜大量收縮甚至融化，造成電極直接接觸短路，繼而引發(fā)火災(zāi)。

靜電紡絲納米纖維直徑小、比表面積高、孔隙率高、孔徑小且均勻，因此靜電紡絲納米纖維基鋰離子電池隔膜具有較高的吸液率、保液率以及鋰離子電導(dǎo)率。然而，靜電紡絲納米纖維膜的機械強度較差，難以達到電池隔膜在卷裝和電池組裝過程中的要求，因此，大量的改性方法被運用于提升靜電紡絲納米纖維基電池隔膜的機械性能。提高靜電紡絲納米纖維基電池隔膜的機械性能，通常有以下幾種途徑：

一是混溶，聚合物在配制紡絲液時進行混溶，通過混溶方法能夠有效地結(jié)合兩種聚合物的優(yōu)勢，，混溶是一種操作簡單且所得纖維形貌及性能較好的一種方法，因此采用上述混溶靜電紡絲隔膜制備方法，多種聚合物類隔膜被相繼研發(fā)出來，其中包括PVDF-HFP/PMMA、PMMA/聚乙烯醇(PVA)、熱塑性聚氨酯(TPU)/PVDF以及PAN/PVDF等。

二是交叉靜電紡絲，交叉靜電紡絲技術(shù)是指，例如在多針頭靜電紡絲設(shè)備中交替地注入PAN和PVDF紡絲液，通過靜電紡絲技術(shù)制得了PAN和PVDF納米纖維雜亂排列的納米纖維膜；其次，通過對PAN/PVDF復(fù)合隔膜施加接近于PVDF熔點的溫度進行熱壓處理，PVDF纖維在熱壓條件下呈現(xiàn)部分熔融的狀態(tài)，隨機雜亂排列的PVDF纖維之間會出現(xiàn)明顯的粘結(jié)點。此方法不僅延續(xù)了混溶方法中結(jié)合兩種聚合物優(yōu)勢的長處，此外，由于纖維之間雜亂排列的方式以及大量粘結(jié)點的出現(xiàn)，也有效地提升了纖維膜的斷裂強度。

三是多層復(fù)合，在靜電紡絲過程中將紡絲液分步靜電紡絲到接收裝置上，能夠?qū)崿F(xiàn)多層復(fù)合的多種聚合物類隔膜，較多的是三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合隔膜，例如PI/PVDF/PI膜，PVDF/PMIA/PVDF膜等。

總之，設(shè)計一種用于磷酸鐵鋰電池的納米靜電紡絲增強隔膜，前提是能利用納米靜電紡絲纖維膜的高孔隙率，以便獲得較小的離子電阻，一方面靜電紡絲納米纖維膜的機械強度較差，為了保證在大批量生產(chǎn)以及電池組裝過程中所需要的機械強度，靜電紡絲電池隔膜的斷裂強度必須提升，因此研究如何低成本地提高纖維膜的強度和抗沖擊能力；另一方面，研究如何需要工藝簡單地實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，以達到靜電紡絲納米纖維膜基鋰離子電池隔膜的實際應(yīng)用。這在納米纖維膜行業(yè)內(nèi)已經(jīng)成為迫切需要解決的共性難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種用于磷酸鐵鋰電池的納米靜電紡絲增強隔膜及其制備方法。