[发明专利]一种以静电纺丝法制取的可用于锂离子电池的对位芳纶聚合物隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种以静电纺丝法制取的可用于锂离子电池的对位芳纶聚合物隔膜的制备方法，通过添加助溶剂，将对位芳纶聚合物或对位芳纶纤维溶解后，将无机纳米陶瓷颗粒加入其中得到混合液。经机械搅拌和超声处理使得无机陶瓷颗粒分散均匀，得到分散液。利用该分散液进行静电纺丝，得到初生无机/有机复合膜，而后进行干燥处理，即得到以静电纺丝制取的可用于锂离子电池的对位芳纶聚合物隔膜。本发明制备的锂离子电池隔膜，孔隙率高、耐热收缩性能好，同时具有高的离子电导率、良好的电化学稳定性，提升了电池的安全使用性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池和高分子材料生产技术领域，具体涉及一种以静电纺丝法制取的可用于锂离子电池的对位芳纶聚合物隔膜的制备方法。

背景技术

作为一种清洁的二次能源，锂离子电池因具有电压高、能量大、无记忆效应、可快速充放电等优点，在便携式电子产品、电动汽车以及储能系统等领域中应用广泛，是目前能源领域的研究热点。锂离子电池主要由正负极、隔膜、电解液组成。其中隔膜处在正负极材料之间，因该薄膜具有大量曲折贯通的微孔，保证电解质离子自由通过形成充放电回路，当电池过度充电或温度升高时，隔膜通过闭孔功能将电池的正负极分开，防止短路。从而达到阻隔电流传导、防止电池过热甚至爆炸的作用。隔膜的性能决定电池的内阻和内部界面结构，进而影响电池的容量、充放电性能、循环性能和安全性能等，因此隔膜的品质对锂离子电池的综合性能有着重要影响。

静电纺丝是聚合物溶液或聚合物熔体在高压静电场的作用下形成纤维的过程，其主要原理是使带电荷的高分子溶液或熔体在静电场中流动、分裂和变形，然后经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，最后得到纤维膜。用静电纺丝技术制备得到的纤维直径可在几百纳米至及微米之间。静电纺丝技术因其纺丝设备简单、操作时间短、纺丝液用量少等特点，适用于膜方向的制备。所制备的膜具有比表面积大、孔隙率高、孔径小等优良特性。这些特性使得超细纤维膜在过滤、电学、光学、生物医学、电池隔膜及水处理等方面有相当的潜在应用价值。

对于芳纶而言，对位芳纶聚合物因具有耐溶剂、耐热、具有低热膨胀系数等优异的理化性质而成为制作锂离子电池隔膜优先考虑的新材料。但对位芳纶聚合物的生产过程中发生相变，最终产品以固体颗粒形式存在，且仅仅溶于浓硫酸或苯磺酸等极少数强质子酸，不利于后期加工，这成为对位芳纶聚合物材料应用于锂离子电池隔膜领域的最大障碍。

发明内容

本发明提供一种以静电纺丝法制取的可用于锂离子电池的对位芳纶聚合物隔膜的制备方法，以克服现有技术的不足，本发明通过向有机溶剂添加助溶剂溶解后，在保留对位芳纶聚合物优异理化性质的前提下，赋予其良好的流动性，并以陶瓷颗粒形成多孔结构，另外采用静电纺丝方法加工成膜，工艺简单易行。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种以静电纺丝法制取的可用于锂离子电池的对位芳纶聚合物隔膜的制备方法，包括以下步骤：

1)向有机溶剂中添加助溶剂A与助溶剂B后，加入对位芳纶聚合物或对位芳纶纤维溶解，形成均一溶液后加入纳米级无机陶瓷颗粒，得到混合液；

2)对混合液进行搅拌以初步分散，而后超声分散，进一步分散纳米级无机陶瓷颗粒，得到分散液；

3)利用该分散液实施静电纺丝，在接收装置上得到初生的无机/有机复合膜；

4)将无机/有机复合膜进行干燥处理，除去复合膜中的残留有机溶剂，即得以静电纺丝方法制取的可用于锂离子电池的对位芳纶聚合物隔膜。

进一步地，步骤1)中所述的助溶剂A为仲丁醇钾和叔丁醇钾的一种或两种；所述的助溶剂B为甲醇和乙醇的一种或两种；所述的助溶剂A加入量为对位芳纶聚合物或对位芳纶纤维中氮元素当量的一倍；助溶剂B加入量为对位芳纶聚合物或对位芳纶纤维中氮元素当量的四倍。