[发明专利]一种用静电纺丝制备PVDF锂离子电池隔膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，具体指一种用静电纺丝制备PVDF（聚偏氟乙烯）锂离子电池隔膜的方法，属于纳米纤维膜制备技术领域。

 

背景技术

隔膜是锂离子电池的重要组成部分，其作用是防止正负活性物质的相互接触产生短路及在电化学反应时保持必要的电解液形成离子移动的通道。隔膜性能的优劣影响着电池电化学性能的好坏，更对电池的安全性能起着至关重要的作用。

目前市场上销售的锂离子电池隔膜主要采用经薄膜化的聚烯烃系材料，例如：聚乙烯(PE)微孔膜、聚丙烯(PP)微孔膜、以及聚丙烯/聚乙烯(PP/PE/PP)复合膜等。由于聚烯烃大分子链的存在，PE、PP隔膜形成了高结晶度、低表面能的结构，几乎不能被电解液所溶胀，因此聚烯烃系电池隔膜对电解液的亲和性并不理想。在锂电池体系中，电解液多以液态形式存在于聚烯烃隔膜的孔隙中，在特殊条件下，容易造成电解液的渗漏。

目前，锂离子电池隔膜制备技术主要有干法工艺、湿法工艺、湿法无纺布工艺等，且己经商业化。干法俗称熔融拉伸法，其生产工艺是将熔融的聚烯烃树脂，在拉伸应力的作用下挤压、制膜，经高温热处理后退火，借助于此时薄膜的结晶度较高，将其置于低温下拉伸使薄膜的结晶界面产生剥离，形成银纹等缺陷，再通过高温热定型消除残余应力，最终得到具有微孔的聚合物膜，但工艺复杂，孔径和孔隙率较难控制。

湿法无纺布主要是将置于液体介质中的纤维原料疏解成单纤维，同时使不同纤维原料混合，制成纤维悬浮浆,悬浮浆输送到成网机构，纤维在湿态下成网再加固成布。目前，碱锰电池及镍氢、镍镉电池中所使用的商品隔膜大部分属于湿法无纺布隔膜。Kritzer P等的研究中采用湿法无纺布工艺制备了聚醋无纺布隔膜作为锂离子电池隔膜的支撑材料，具有良好的耐热性及力学强度，孔隙率可达55-65%。但是，该方法适用的材料范围有限，主要采用纤维原料进行制备，且制备工艺较为复杂，孔径较大，需要釆用其他方法对隔膜进行改性才能满足锂离子电池隔膜的需要。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种工艺简单、生产成本低、孔径和孔隙率易控制的用静电纺丝制备PVDF锂离子电池隔膜的方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用静电纺丝制备PVDF锂离子电池隔膜的方法，步骤如下，

1）称取一定量的聚偏氟乙烯溶于冰乙酸中，得到浓度为17-20wt%的聚偏氟乙烯冰乙酸溶液；

2）将第1）步的聚偏氟乙烯冰乙酸溶液置于磁力搅拌器上搅拌至均匀；

3）将第2）步的溶液置于25℃室温中完全冷却，得到纺丝液；

4）用注射器取适量第3）步中的纺丝液，将注射器安装在注射泵上，接好针头，并把高压静电发生器的正极夹在针头上，负极与接收屏相连，在滚轮上铺好锡箔纸；

5）设置纺丝速率0.0006-0.0008mm/s，调节纺丝电压至20-25kv，设置纺丝距离；在设定的条件下进行静电纺丝；纺丝结束后，从滚轮上取下锡箔纸，即可得锂离子电池隔膜。

相比现有技术，本发明具有以下优点：

本发明采用比较简单的设备和工艺制备出了聚偏氟乙烯隔膜，该方法和现有制备锂电池隔膜方法相比，工艺简单，能耗低，生产成本低、产品性能高，可灵活控制孔径大小及薄膜厚度（由于纺丝是将纺丝液从机器喷头喷在滚动的铺有锡箔纸的滚轮上，通过控制滚轮的滚速和纺丝时间可以控制），利于隔膜的离子通透性以及电池循环性能的提高，具有良好的市场前景。

静电纺丝法制备PVDF锂离子电池隔膜与Celgard的PP/PE/PP三层隔膜相对比，静电纺丝法制备PVDF锂离子电池隔膜形貌较好，串珠结构更少。

 

附图说明

图1-不同纺丝浓度的PVDF隔膜SEM图。（其中图1a、图1b、图1c、图1d、图1e中的左右部分分别对应不同的放大倍数）

图2-不同电压的PVDF隔膜的SEM图。（其中图2a、图2b、图2c、图2d、图2e中的左右部分分别对应不同的放大倍数）

图3-不同纺丝速率的PVDF隔膜的SEM图。（其中图3a、图3b、图3c中的左右部分分别对应不同的放大倍数）

图4-PP/PE/PP三层隔膜SEM图。

图5-本发明最佳实施方式下得到的PVDF隔膜SEM图（5kx）。

图6-本发明最佳实施方式下得到的PVDF隔膜SEM图（10kx）。

 

具体实施方式