[发明专利]一种储能用静电纺丝纳米多孔膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，具体涉及一种储能用静电纺丝纳米多孔膜的制备方法。

背景技术

由于具有较好的化学稳定性和优异的物理性能，微孔聚乙烯膜被广泛地应用于二次锂离子电池，如：手机电池、笔记本电池、电动工具电池及动力汽车电池。在锂离子电池中，隔膜是关键的内层组件之一，主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响着电池的容量、循环以及安全性能等特性。

目前，随着动力汽车在生活中的广泛应用，由于较大数量串并联电池组的出现，锂离子电池的一致性和安全性能备受关注，而锂离子电池中作为隔断正负极材料的隔膜对电池的安全性的作用则越来越重要，尤其是隔膜的耐高温性能和与正负极界面间接触性能。而锂离子电池一般使用的聚烯烃基微孔膜，由于熔点低于150℃，容易带来以下缺陷：当电池温度因内部或外部因素而升高时，这种隔膜会收缩或熔融，使得隔膜的体积变化。隔膜的收缩或熔融导致正极和负极之间的直接接触，从而产生内部短路，进而引起电池鼓胀、燃烧、爆炸等意外事故的发生。

传统干法和湿法制备的多孔隔膜的孔隙性较低，并且通常在储能操作过程中易产生膜孔润湿性差的问题。因此，本领域迫切需要提供一种具有高孔隙率、相互贯通的开孔结构以及膜厚度可控的纳米纤维多孔膜。

发明内容

本发明旨在提供一种孔隙率高、膜孔润湿性好的纳米多孔膜。

在本发明的第一方面，提供了一种储能用静电纺丝纳米多孔膜的制备方法，所述方法包括步骤：

(1)将耐热聚合物材料与溶剂混合得到聚合物纺丝溶液；和

(2)将获得的聚合物纺丝溶液进行静电纺丝，得到储能用静电纺丝纳米多孔膜；

所述耐热聚合物材料包括下述的一种或两种以上：芳香族聚酰胺类、聚酰亚胺类、聚酰胺类、酰亚胺类、聚砜类、聚醚砜、聚酮、聚醚酮或聚醚酰亚胺。

在本发明的一种实施方式中，所述芳香族聚酰胺为芳纶(间位芳酰胺纤维)。

在另一优选例中，所述溶剂中含有盐添加剂；较佳地，所述溶剂为下述的一种或两种以上：水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮、二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、乙醇、乙酸、苯、甲苯、环己烷、二甲基亚砜。

在本发明的一种实施方式中，所述溶剂为下述的一种或两种以上：N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜。。

在另一优选例中，所述盐添加剂为极性卤素盐类中的一种或几种；较佳地，所述极性卤素盐包括氯化锂、氯化钙和氟化钙。

在另一优选例中，以步骤(1)中得到的聚合物纺丝溶液的总体积计，其中含有的聚合物含量为1-35w/v％；更优选为5-25w/v％。

在另一优选例中，步骤(2)中静电纺丝的工艺参数为：针头喷口孔径为0.2mm-3.5mm，电压为5kv-45kv，溶液挤推速率为0.5μl/min-60μl/min，纺丝环境温度为5℃-65℃，空气相对湿度15％-65％，接收距离为5-40cm，接收滚筒转速50r/min-1500r/min，滚筒接收范围15-50cm。

在本发明的第二方面，提供了一种通过如上所述的本发明提供的制备方法所得到的储能用静电纺丝纳米多孔膜；较佳地，所述多孔膜的孔隙率为60％-90％，厚度为5-300μm。

进一步地，所述多孔膜的平均直径(在静电场作用下喷出来形成的丝的直径)为200nm-1000nm，平均流动孔径为0.5μm-1.5μm，孔径分布为0.2μm-3.0μm，透气度为30-36s/100ml。

在本发明的第三方面，提供了一种如上所述的本发明提供的多孔膜用于制备储能装置中的用途。

在本发明的第四方面，提供了一种芳香族聚酰胺在制备储能装置的隔离膜中的应用。

在本发明的一种实施方式中，所述芳香族聚酰胺为芳纶(间位芳酰胺纤维)。

据此，本发明提供了一种具有高孔隙率、相互贯通的开孔结构以及膜厚度可控的纳米纤维多孔膜。

具体实施方式

发明人经过广泛而深入的研究，选择具有一定刚性强度、耐热性能良好的功能聚合物材料，还有非常规用的目前较难涂布的芳纶，并通过常规有机物纺丝中不常用的盐类添加剂共纺，通过静电纺丝法制备具有高孔隙率、相互贯通的开孔结构以及膜厚度可控的纳米纤维多孔膜，并获得微观尺度上的多级层次结构，提高了储能操作过程中的膜孔润湿性。在此基础上，完成了本发明。