[发明专利]一种锂离子电池隔膜用三维多孔结构纳米纤维膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池隔膜用三维多孔结构纳米纤维膜的制备方法，属于锂离子电池隔膜材料领域。

背景技术

锂离子电池是一种可以充电的二次电池，由于其具有高的工作电压、高的功率密度和能量密度以及循环寿命长等一系列优点，广泛地应用于便携式电子装置（智能手机、手提电脑）、电动汽车及混合动力汽车中，同时锂离子电池具有无污染等优点，已成为当今世界发展的绿色能源的首选。

 锂离子电池一般是由一般由正极、负极、电解质溶液、隔膜、集流体及电池壳等部分组成，隔膜是锂离子电池的重要组成部分之一，隔膜在锂电池中主要有两大作用：一是使正负极隔离开，避免正负极直接接触造成短路；二是吸附电化学反应所需要的电解质溶液，形成锂离子传输通道。目前大部分锂离子电池采用的是聚烯烃类的隔膜，尽管这类隔膜具有很多优点，如化学稳定性、电化学稳定性好等优点，但是其存在着孔径过小、孔隙率低、对电解质溶液润湿性差、吸液率低、耐热性差及价格昂贵等缺点(隔膜的成本约占锂电池成本的1/5 到1/3)，且目前大部分锂电池隔膜来自于进口，锂离子电池隔膜的制备技术大多被发达国家所垄断。

目前人们对锂离子电池隔膜的改性研究方向主要集中在利用静电纺丝技术来制备纳米纤维膜。中国专利号CN10279964A，发明创造名称为：通过静电纺丝涂布法制备二次电池用多层复合隔膜的方法。该发明公开了一种通过静电纺丝涂布技术并结合一种造孔技术用于制备二次电池用的多层复合隔膜和它的制造方法以及由该隔膜制备的二次电池。其特征在于所述复合隔膜制备方法包括以下步骤：（1）将高分子有机物溶于溶剂中形成高分子溶液；（2）在高分子溶液中加入小分子有机物和/或无机纳米材料，使小分子有机物溶于高分子溶液中，无机纳米材料分散于高分子溶液中，形成有机无机混合溶液；（3）将形成的有机无机混合溶液通过静电纺丝涂布技术均匀涂覆在薄膜基体的至少一面，形成复合薄膜，干燥复合薄膜；（4）从干燥后的复合薄膜上萃取小分子有机物后，继续干燥形成二次电池用多层复合隔膜。该方法可快速简便实现有机隔膜无机复合化，可以提高锂离子电池隔膜的离子电导率，热稳定性和保证电池的安全性，具有方法操作简单，便于产业化的优点。其不足之处在于静电纺丝技术的生产效率低下、工业化生产难度大、成本高同时隔膜强度低。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的主要目的在于一种锂离子电池隔膜用三维多孔结构纳米纤维膜的制备方法，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种锂离子电池隔膜用三维多孔结构纳米纤维膜的制备方法，所述制备方法应按照以下步骤进行：

a无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维的制备：

将无机纳米粒子与乙烯-乙烯醇共聚物按照质量比为1-10:90-99均匀混合后，经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸、切粒得到无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒。

将无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物母粒与乙酸丁酸纤维素按质量比20:80均匀混合后经双螺杆挤出机熔融挤出、牵伸得到无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维。

将无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物/乙酸丁酸纤维素共混纤维经丙酮萃取，去除基体乙酸丁酸纤维素，得到无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维。

b无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液的制备：

按照质量比为60:40配制成醇和水的混合溶剂，将经a步骤得到的无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维与醇和水的混合溶剂按照质量比为1:100进行混合，在粉碎机的高速剪切作用下，得到分散均匀的无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液。

c无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的制备：

将经b步骤得到的无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维悬浮液置于高压喷枪中，均匀地喷涂于无纺布的两个表面，晾干后得到无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜，待用。

d锂离子电池隔膜用三维多孔结构纳米纤维膜的制备：

将无机纳米粒子、聚偏氟乙烯、丙酮按照质量比为4:1:200混合后，超声5h得到稳定的悬浮液，将上述悬浮液置于高压喷枪中，均匀地喷涂在经c步骤得到的无机纳米粒子/乙烯-乙烯醇共聚物纳米纤维膜的两个表面上，晾干后即可得到锂离子电池隔膜用三维多孔结构纳米纤维膜。

所述的无机纳米粒子为纳米三氧化二铝或纳米二氧化硅或纳米二氧化钛或纳米碳酸钙或纳米硫酸钡或纳米蒙脱土其中一种。 

所述的醇为乙醇或异丙醇或甲醇或正丁醇或丙三醇或丙二醇其中一种。