[发明专利]一种复合聚合物纤维隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合聚合物纤维隔膜及其制备方法，属于新能源技术领域，应用于汽车动力电池的隔膜。

背景技术

混合动力车、纯电动汽车及燃料电池车等节能及新能源汽车成为比较好的发展途径。然而，安全可靠性、寿命、续驶里程、成本以及公共配套设施等极大限制了新能源汽车的快速发展，这其中尤以动力电池的技术突破及规模化应用最为关键。锂离子电池具有比能量高、工作电压高、自放电率小、环境友好等优点，是新能源汽车用理想动力电池。但由于使用液体电解质溶液，使锂离子电池存在安全隐患，限制了其在汽车上的规模化推广。作为隔膜锂电池的关键部件之一，对电池的安全性能起到重要作用。

介于正负极之间的隔膜具有电解质离子传输通道，防止正负极接触短路的作用。然而目前所使用的聚烯烃类隔膜在电池温度过高时熔融封闭微孔，阻隔电解质离子的传输，降低安全风险；但由于聚烯烃本身的耐热性能较差，随着温度的急剧升高，聚烯烃类聚合物形成的保护遭到破坏，失去保护功能；而聚烯烃隔膜本身被杂质（或支晶）等刺破后，同样会使安全隐患急剧增加。

为了改变这种因为隔膜破坏引起的安全问题，人们进行了一系列研究，一方面，对现有隔膜改性，提高隔膜机械性能和耐热性能，例如隔膜表面涂覆无机粒子或者聚合物与无机粒子制成复合材料(例如US 8409746 B2，EP 2528139 A2，EP 2528142 A2，US7691529 B2，US 20130065132 A1)；另一方面，以耐温等级更高，机械性能更好的聚合物制备隔膜（例如公开号CN 101645497A、公开号CN 101420018A、申请公布号CN 101752539 A、申请公布号CN 101752540 A），作为隔膜本身的聚合物材料可以发生类似闭孔作用的反应（例如公开号US2012/0295154 A1），或者加入其他可实现闭孔作用的聚合物等（例如公开号CN 101656306A，公开号US2013/0022858 A1）。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合聚合物纤维隔膜及其制备方法，其采用静电纺丝技术将聚合物基体与聚合物颗粒或聚合物颗粒和无机粒子混合制成隔膜，添加的聚合物颗粒改善了隔膜的机械性能，得到的隔膜具有较高的孔隙率，有利于电解质离子的扩散传输；当电池内部温度持续升高，聚合物颗粒处于熔融状态，会进一步阻止电解质离子的传输，降低电池的化学反应，提高电池的安全性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种复合聚合物纤维隔膜，其特征在于其制备方法，具体步骤如下：聚合物基体溶于溶剂制成一定浓度的聚合物基体溶液，聚合物基体与溶剂的质量比为0.01～0.19，聚合物基体溶液内加入不溶于该溶液的填料，填料为熔融温度180℃以上的聚合物颗粒和无机粒子，聚合物颗粒与聚合物基体的质量比为0.07～2.5，无机粒子与聚合物颗粒的质量比为0.10～2.5；加入填料后的聚合物基体溶液通过磁力搅拌，磁力搅拌速度为800～1000rpm，时间为8h，填料均匀分散在聚合物基体溶液中，进而得到分散液，分散液通过静电纺丝喷涂制成隔膜，静电纺丝条件为，电压为18kV~22kV，收集距离为17cm~18cm，纺丝速度为0.08mL~0.1mL；进一步地，可以通过阵列针头同时纺丝的方法来获得大面积的隔膜。

所述的聚合物基体可以为聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素钠、聚醚砜、聚酰亚胺中的一种或它们的组合，具体地，聚环氧乙烷/聚偏氟乙烯/聚偏氟乙烯-六氟丙烯/聚丙烯腈/聚甲基丙烯酸甲酯/聚乙烯醇/聚丙烯酸钠/羧甲基纤维素钠/聚醚砜/聚酰亚胺=0~1/0~1/0~1/0~1/0~1/0~1/0~1/0~1/0~1/0~1。

所述的聚合物颗粒可以为聚醚酮、聚醚醚酮，聚醚醚酮酮，聚醚酮醚酮酮、聚苯并噻唑、聚苯并咪唑、聚苯硫醚中的一种或它们的组合，具体地，其比例为聚醚酮/聚醚醚酮/聚醚醚酮酮/聚醚酮醚酮酮/聚苯并噻唑/聚苯并咪唑/聚苯硫醚=0~1/0~1/0~1/0~1/0~1/0~1/0~1。

所述的无机粒子为三氧化二铝、二氧化硅、二氧化钛、氧化钙、钛酸钡中的一种或它们的组合，具体地，其比例为三氧化二铝/二氧化硅/二氧化钛/氧化钙/钛酸钡=0~1/0~1/0~1/0~1/0~1。