[发明专利]聚偏氟乙烯基复合纤维膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及动力电池隔膜技术领域，尤其涉及一种聚偏氟乙烯基复合纤维膜及其制备方法与应用。

背景技术

锂（Li）离子电池具有能量密度高、工作电压高、自放电小、循环寿命长、无记忆效应等许多显著优点，属于新一代绿色高能电池。锂离子电池已经广泛应用于笔记本电脑、多种便携式电动工具、武器等领域，创造了巨大的经济效益。而目前，诸多企业和科研院所正在积极开发能够应用于电动摩托车和电动汽车等领域的高效、安全、廉价的新型动力锂离子电池，具有十分诱人的工业化前景。

隔膜是锂离子电池的关键部件，起到隔离正负极电子电导和允许电解液离子自由通过从而实现离子传导的重要作用，是电池容量、循环性能和安全性能等性能的重要决定因素。常用的锂离子电池隔膜制备方法为干法和湿法等。虽然这类隔膜已经产业化生产，但也存在一些明显的缺陷，尤其是在要求大电流充放电的动力电池中。如，干法拉伸很难控制隔膜的孔径及孔隙率，拉伸率也不能太高，否则在拉伸时容易导致隔膜穿孔，因此隔膜厚度受到限制，不能做的很薄，因此主要用于生产中低端产品；湿法也就是热致相分离法，湿法可以较好地控制隔膜的孔径及孔隙率，但是该法产量较低，且使用溶剂后，可能会对环境产生污染，并且成本较高。

因此，十分有必要开发新的隔膜材料及相关制备技术来提高隔膜的综合性能，促进其大规模工业化应用，并且降低成本。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，发明人预料不到地发现，将静电纺丝方法应用于锂离子电池隔膜的制备，制备方法简单易行、所用原料及设备廉价，通过聚偏氟乙烯和改性剂的协同作用所制得的复合纤维膜具有孔隙率高、膜通量高、机械强度好、热稳定性好、厚度均匀且可控等优点，从而提高锂离子电池的离子电导率，提高其大电流充放电性能，显示出很好的电化学性能和循环性能，从而实现本发明；此外，通过交替静电纺丝，可以实现多层复合纤维膜的复合，可以发挥多种材料协调作用的综合优势，具有很好的亲液性。

一个方面，本发明提供一种聚偏氟乙烯基复合纤维膜，包括聚偏氟乙烯纤维层，厚度为5~120μm，纤维的直径在80~1500nm之间，所述聚偏氟乙烯纤维层包括如下质量百分比的成分：15~95%的聚偏氟乙烯，5~85%的改性剂，所述改性剂包括聚合物和/或无机氧化物。

作为本发明的进一步改进，所述聚合物选自聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、聚环氧乙烷、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛和聚偏氟乙烯—六氟丙烯共聚物中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，所述无机化合物选自二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化镁、二氧化钛和氧化锌中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，本发明提供的聚偏氟乙烯基复合纤维膜还包括第一聚合物纤维层和第二聚合物纤维层，所述第一聚合物纤维层通过所述聚偏氟乙烯纤维层和所述第二聚合物纤维层相复合；所述第一聚合物纤维层由聚合物或聚合物和聚偏氟乙烯的混合物组成，厚度为3~80μm，；所述第二聚合物纤维层由聚合物或聚合物和聚偏氟乙烯的混合物组成厚度为3~80μm；通过第一聚合物纤维层、聚偏氟乙烯纤维层和第二聚合物纤维层的复合可以发挥多种材料协调作用的综合优势，具有很好的亲液性。此外，还可根据实际需要，通过第一聚合物纤维层和第二聚合物纤维层再复合更多的纤维层。

作为本发明的进一步改进，所述聚合物和聚偏氟乙烯的混合物中，聚合物和聚偏氟乙烯的质量比为0.1~10：1。

另一方面，本发明还提供聚偏氟乙烯基复合纤维膜的制备方法，包括如下步骤：

A）  聚偏氟乙烯纤维层静电纺丝溶液的配制：取15~95重量份数的聚偏氟乙烯，5~85重量份数的改性剂，所述改性剂包括聚合物和/或无机氧化物，溶解在溶剂中得到聚偏氟乙烯纤维层静电纺丝溶液，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和四氢呋喃中的一种或多种；

B）  聚偏氟乙烯纤维层的制备：一定的纺丝条件下，将所述聚偏氟乙烯纤维层静电纺丝溶液纺成聚偏氟乙烯纤维层；所述纺丝条件为电压4~60kV，温度10~90℃，收集装置距离喷丝装置的距离为3~50cm。

将静电纺丝方法应用于聚偏氟乙烯基复合纤维膜的制备，制备方法简单易行、所用原料及设备廉价，所制得的复合纤维膜具有孔隙率高、膜通量高、机械强度好、热稳定性好、厚度均匀且可控等优点，应用于锂离子电池可提高离子电导率，提高其大电流充放电性能，显示出很好的电化学性能和循环性能。