[發明專利]一種致孔劑調控微納米多孔結構芳綸納米纖維基電池隔膜的制備方法

在審

• 申請號: 202110780799.0
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113506950A
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 張美云;李衛衛;楊斌;譚蕉君;宋順喜;聶景怡;王琳;丁雪瑤
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: H01M50/403
• 分類號: H01M50/403;H01M50/44;H01M50/423;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發明公開了一種致孔劑調控微納米多孔結構芳綸納米纖維基電池隔膜的制備方法，將對位芳綸纖維、二甲基亞砜、氫氧化鉀和去離子水混合攪拌，制備對位芳綸納米纖維溶液，然后加入去離子水進行質子化還原，在真空抽濾下用無水乙醇和去離子水進行多次洗滌，然后分散在去離子水中，加入致孔劑，然后進行超聲處理，并攪拌，采用真空輔助過濾和層層自組裝方式進行抽濾，運用溶劑化處理方式除去致孔劑，最后干燥，得到微納米多孔結構芳綸納米纖維基電池隔膜。本發明在ANFs隔膜制備過程中通過添加致孔劑對ANFs膜的孔隙結構進行調控，產生微納米級孔結構，使得ANFs膜在電池隔膜領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于電池隔膜領域，具體涉及一種致孔劑調控微納米多孔結構芳綸納米纖維基電池隔膜的制備方法。

背景技術

電池隔膜作為電池的四大組成部分之一，對電池的安全性能和電化學性能也起著重要的作用。但是目前商用的電池隔膜耐熱穩定性、親液性差，在高溫或高電流密度下容易收縮而導致電池短路，存在較大的安全危險。因此，研究和開發一些新型的高性能的電池隔膜材料而滿足實際需求具有重要的意義。

對位芳綸納米纖維(Aramid Nanofibers,ANFs)作為近幾年來新發展的納米級材料，具有獨特的納米尺度結構(直徑3-30nm、長度最高可達10μm)、大的長徑比和比表面積，賦予了其納米材料的優異特性。ANFs具有高強、耐高溫、透明、柔韌性好、具有明顯Z向層級結構等優點，在電池隔膜領域具有巨大的應用前景。發明專利CN11158480A通過將芳綸納米纖維沉積在改性的PVDF-HFP隔膜表面以增強芳綸纖維與基膜表面的粘合力，制備出機械強度高、良好的耐高溫性和優異的電化學性能的隔膜。發明專利CN111370625A將芳綸和助溶劑、油性助劑和造孔劑在60～100℃下溶解制得涂覆液,將涂覆液涂布于隔膜基材的一側或兩側，浸入由第二溶劑和水組成的凝固浴中相轉化1～3min后再浸入純水中去除多余的溶劑，烘干，得到成品鋰離子電池隔膜。

但目前關于用純ANFs作為電池隔膜卻鮮有報道。由于芳綸納米纖維之間氫鍵作用力強，使得ANFs膜之間結構致密，將芳綸ANFs膜直接應用于電池隔膜時會影響鋰離子傳輸速度，進而影響電池的充放電性能，因此本專利以芳綸納米纖維為制備電池隔膜的原料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種致孔劑調控微納米多孔結構芳綸納米纖維基電池隔膜的制備方法，以克服芳綸納米纖維膜作為電池隔膜結構過于致密，影響Li⁺傳輸的缺陷。本發明在ANFs隔膜制備過程中通過添加致孔劑對ANFs膜的孔隙結構進行調控，產生微納米級孔結構，使得ANFs膜在電池隔膜領域具有廣闊的應用前景。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種致孔劑調控微納米多孔結構芳綸納米纖維基電池隔膜的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：將對位芳綸纖維、二甲基亞砜、氫氧化鉀和去離子水混合攪拌，制備得到質量濃度為0.1％-0.3％的對位芳綸納米纖維溶液A；

步驟二：向步驟一得到的對位芳綸納米纖維溶液A中加入去離子水進行質子化還原，然后在真空抽濾下用無水乙醇和去離子水分別進行多次洗滌，然后分散在去離子水中，得到對位芳綸納米纖維溶液B；

步驟三：向步驟二得到的對位芳綸納米纖維溶液B中加入致孔劑，然后進行超聲處理，使致孔劑在對位芳綸納米纖維溶液B中分散均勻，并攪拌得到對位芳綸納米纖維溶液C；

步驟四：采用真空輔助過濾和層層自組裝方式將分散均勻的對位芳綸納米纖維溶液C進行抽濾，制備得到ANFs膜；

步驟五：除去ANFs膜中添加的致孔劑；

步驟六：將步驟五得到的ANFs膜干燥，得到微納米多孔結構芳綸納米纖維基電池隔膜。

進一步地，步驟二中在進行質子化還原時，對位芳綸納米纖維溶液A和去離子水的體積比為1:2。