[發明專利]一種用于鋰離子電池隔膜的納米纖維膜及其制備方法

在審

• 申請號: 201811048334.0
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109390534A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 何建新;王琳琳;劉凡;邵偉力;崔世忠;周偉濤;劉春暉
• 申請（專利權）人: 中原工學院
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;D04H1/4282;D04H1/4318;D04H1/4374;D04H1/728;D06C7/04;D01F6/94;D01F1/10
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩雨;張志軍

本發明提出一種用于鋰離子電池隔膜的納米纖維膜及其制備方法，解決了現有技術中電池隔膜存在熱穩定性低、機械強度低、孔隙率低、潤濕性差的問題。制備出一種PVDF?HFP/RGO?PI/PVDF?HFP三層納米纖維隔膜作為鋰離子電池隔膜使用。皮層為PVDF?HFP納米纖維隔膜，芯層為RGO?PI納米纖維隔膜。隔膜中纖維直徑均為100?200nm之間，RGO質量分數占PI的0.1%。本發明制備的納米纖維隔膜具有制備方法簡單、工藝簡單、對環境友好等特點。

技術領域

本發明涉及本發明屬于碳纖維材料領域，特別是指一種用于鋰離子電池隔膜的納米纖維膜及其制備方法。

背景技術

鋰電池由正、負極材料，電解液，隔膜，外殼組成，隔膜是鋰電池工作的必要部分，為離子轉移提供路徑，同時將正極和負極進行物理隔開。隔膜根據結構和組成可以有：聚烯烴隔膜，無紡布，聚合物/無機復合隔膜等，市場比較多的為：聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）微孔膜及聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）三層隔膜，聚烯烴隔膜具有強度高、耐酸耐堿性好等特點，但是孔隙率低、潤濕性及熱穩定性差，當電池溫度升高到超過170℃時，隔膜收縮熔融等會導致結構完整性破壞，無法起到作用，造成短路，加劇電解液氣化、電池著火、爆炸等。因此需要開發一種新材料以滿足鋰離子電池隔膜的各項要求，包括：熱穩定性，機械強度，孔隙率，吸液率，潤濕性等。

PI（聚酰亞胺）具有許多優異的性能，如高強度模量、高抗蠕變性能、優良的尺寸穩定性、良好的絕緣 性能、耐腐蝕耐化學性能以及低的熱膨脹系數和低的介電常數與損耗等。石墨烯具有極高的導熱系數，良好的導電性、具有良好的結構剛性，所以將石墨烯摻入PI中改善其性能。PVDF-HFP是PVDF（聚偏氟乙烯）共聚物，機械強度高，孔隙率大、吸液率高，優異的聚合物電解質穩定性。靜電紡絲是一種基于高壓靜電場下導電流體產生高速噴射原理發展而來的不同于常規方法的紡絲技術，所紡納米纖維具有較細的直徑和較大的比表面積。本發明的目的在于提供高熱穩性，高潤濕性，機械強度高，孔隙率均勻的鋰離子電池隔膜制備方法。

發明內容

本發明提出一種用于鋰離子電池隔膜的納米纖維膜及其制備方法，解決了現有技術中電池隔膜存在熱穩定性低、機械強度低、孔隙率低、潤濕性差的問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種用于鋰離子電池隔膜的納米纖維膜，包括三層納米纖維隔膜，其中芯層為RGO-PI納米纖維隔膜、上下表層為PVDF-HFP納米纖維隔膜，隔膜中纖維直徑均為100-200nm，RGO質量分數占PI的0.1%。

所述PI納米纖維隔膜中摻雜有單層石墨烯，PI納米纖維隔的厚度為25μm、溶解溫度為500℃。

所述PVDF-HFP納米纖維隔膜的熔點為175℃。

所述的用于鋰離子電池隔膜的納米纖維膜的制備方法，步驟如下：

（1）將GO（石墨烯）分散在DMAC中，分散24-48h，得到GO溶液；

（2）向GO溶液中先加入ODA（4,4’-二氨基二苯醚），攪拌至完全溶解，再在1-2h內分批加入PMDA（均苯四甲酸二酐），加完升溫至35℃，繼續攪拌5h，等溶液出現爬桿現象即可形成均一的GO-PAA溶液；

（3）將GO-PAA溶液進行靜電紡絲Ⅰ，其中電壓為20-25kV，紡絲距離為20cm，推注速度為0.2-0.4ml/h，紡絲四個小時得到GO-PAA納米纖維隔膜；

（4）將GO-PAA納米纖維隔膜放入通有N₂的炭化爐中，通過梯度升溫法進行熱亞胺化處理，得到RGO-PI（氧化石墨烯-聚酰亞胺）納米纖維隔膜；