[發明專利]一種以靜電紡絲法制取的可用于鋰離子電池的對位芳綸聚合物隔膜的制備方法

在審

• 申請號: 201810385938.8
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108666501A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 吳迪;唐凱;陳文建;馬海兵
• 申請（專利權）人: 煙臺泰和新材料股份有限公司
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;D01F6/90;D01F1/10;D04H1/4342;D04H1/728
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 齊書田

本發明公開了一種以靜電紡絲法制取的可用于鋰離子電池的對位芳綸聚合物隔膜的制備方法，通過添加助溶劑，將對位芳綸聚合物或對位芳綸纖維溶解后，將無機納米陶瓷顆粒加入其中得到混合液。經機械攪拌和超聲處理使得無機陶瓷顆粒分散均勻，得到分散液。利用該分散液進行靜電紡絲，得到初生無機/有機復合膜，而后進行干燥處理，即得到以靜電紡絲制取的可用于鋰離子電池的對位芳綸聚合物隔膜。本發明制備的鋰離子電池隔膜，孔隙率高、耐熱收縮性能好，同時具有高的離子電導率、良好的電化學穩定性，提升了電池的安全使用性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池和高分子材料生產技術領域，具體涉及一種以靜電紡絲法制取的可用于鋰離子電池的對位芳綸聚合物隔膜的制備方法。

背景技術

作為一種清潔的二次能源，鋰離子電池因具有電壓高、能量大、無記憶效應、可快速充放電等優點，在便攜式電子產品、電動汽車以及儲能系統等領域中應用廣泛，是目前能源領域的研究熱點。鋰離子電池主要由正負極、隔膜、電解液組成。其中隔膜處在正負極材料之間，因該薄膜具有大量曲折貫通的微孔，保證電解質離子自由通過形成充放電回路，當電池過度充電或溫度升高時，隔膜通過閉孔功能將電池的正負極分開，防止短路。從而達到阻隔電流傳導、防止電池過熱甚至爆炸的作用。隔膜的性能決定電池的內阻和內部界面結構，進而影響電池的容量、充放電性能、循環性能和安全性能等，因此隔膜的品質對鋰離子電池的綜合性能有著重要影響。

靜電紡絲是聚合物溶液或聚合物熔體在高壓靜電場的作用下形成纖維的過程，其主要原理是使帶電荷的高分子溶液或熔體在靜電場中流動、分裂和變形，然后經溶劑蒸發或熔體冷卻而固化，最后得到纖維膜。用靜電紡絲技術制備得到的纖維直徑可在幾百納米至及微米之間。靜電紡絲技術因其紡絲設備簡單、操作時間短、紡絲液用量少等特點，適用于膜方向的制備。所制備的膜具有比表面積大、孔隙率高、孔徑小等優良特性。這些特性使得超細纖維膜在過濾、電學、光學、生物醫學、電池隔膜及水處理等方面有相當的潛在應用價值。

對于芳綸而言，對位芳綸聚合物因具有耐溶劑、耐熱、具有低熱膨脹系數等優異的理化性質而成為制作鋰離子電池隔膜優先考慮的新材料。但對位芳綸聚合物的生產過程中發生相變，最終產品以固體顆粒形式存在，且僅僅溶于濃硫酸或苯磺酸等極少數強質子酸，不利于后期加工，這成為對位芳綸聚合物材料應用于鋰離子電池隔膜領域的最大障礙。

發明內容

本發明提供一種以靜電紡絲法制取的可用于鋰離子電池的對位芳綸聚合物隔膜的制備方法，以克服現有技術的不足，本發明通過向有機溶劑添加助溶劑溶解后，在保留對位芳綸聚合物優異理化性質的前提下，賦予其良好的流動性，并以陶瓷顆粒形成多孔結構，另外采用靜電紡絲方法加工成膜，工藝簡單易行。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種以靜電紡絲法制取的可用于鋰離子電池的對位芳綸聚合物隔膜的制備方法，包括以下步驟：

1)向有機溶劑中添加助溶劑A與助溶劑B后，加入對位芳綸聚合物或對位芳綸纖維溶解，形成均一溶液后加入納米級無機陶瓷顆粒，得到混合液；

2)對混合液進行攪拌以初步分散，而后超聲分散，進一步分散納米級無機陶瓷顆粒，得到分散液；

3)利用該分散液實施靜電紡絲，在接收裝置上得到初生的無機/有機復合膜；

4)將無機/有機復合膜進行干燥處理，除去復合膜中的殘留有機溶劑，即得以靜電紡絲方法制取的可用于鋰離子電池的對位芳綸聚合物隔膜。

進一步地，步驟1)中所述的助溶劑A為仲丁醇鉀和叔丁醇鉀的一種或兩種；所述的助溶劑B為甲醇和乙醇的一種或兩種；所述的助溶劑A加入量為對位芳綸聚合物或對位芳綸纖維中氮元素當量的一倍；助溶劑B加入量為對位芳綸聚合物或對位芳綸纖維中氮元素當量的四倍。