[发明专利]一种交联型纤维膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种交联型纤维膜的制备方法及其应用，该方法采用静电纺丝制备的纤维膜，再通过预氧化技术制备得到交联纤维膜，将单链的PAN结构使其发生环化、脱氢以及氧化反应，使得纤维膜中的丝与丝之间形成化学交联，增强了纤维膜的力学强度。本发明制备的交联型纤维膜具有安全性能高、稳定性好、电池的循环寿命长、无毒无害、在大倍率的充放电情况下，能够具有良好的循环稳定性，大多在140mAhg^‑1，并且库能效率更高。可以广泛用于锂离子电池领域，还可以在生物传感器、污水处理、以及生物领域都发挥着重要作用，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种交联型纤维膜的制备方法及其应用。

背景技术

随着当代科学技术的迅速发展，人们对于能源的需求越发强烈，在大量使用化石能源的同时造就了环境污染问题愈加严重，引发了人们对于新能源的需求，由此新能源逐渐成为了广大科研工作者的重点研究领域之一。如生物质能、太阳能、地热能、新能源汽车等。在新能源这个领域，锂离子电池得到了快速的发展，在我们的日常生活中占据作者越来越重要的地位，在进十年间随着国家对于新能源政策的颁发，带动了锂离子电池企业的大力发展。

锂离子电池作为一种二次电池，主要通过氧化还原反应产生电流，把化学能转化为电能。锂离子电池结构包括：正极、负极、隔膜、电解液以及金属外壳。其中，隔膜作为锂离子电池重要部件之一，既要起到隔绝正、负极之间直接接触，又要保证电池内部的锂离子通过，有学者将隔膜称为电池内部的“桥梁”。它的性能将直接影响到锂离子电池的界面结构，内阻以及电池的倍率、循环稳定性。目前对于隔膜的性能要求主要为：1）隔膜本身必须具有绝缘性，以保证电池的正、负极之间不能直接的接触；2）隔膜本身具有一定的孔隙率，以保证电池在使用的过程中，锂离子能够正常的穿梭，但其单个孔径又不能太大，太大起不了隔绝正、负极，造成电池的短路。3）隔膜对于电解液有一定的浸润性以及保液能力。4) 良好的化学稳定性，要求隔膜具有在使用的过程中，能够耐电解液的腐蚀，不与电解液发生反应，以保持自身的稳定性；5) 力学强度，电池在使用的过程中，防止隔膜与极片中的大颗粒以及毛刺等颗粒刺穿，进而影响整个电池的性能；6)热稳定性能，隔膜的缩率，为了防止隔膜产生较大的变形造成电池正、负极的直接接触，从而引发其他安全事故，要求隔膜具有较小的收缩率。

目前，商业广泛使用的是聚烯烃类隔膜，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及它们的复合隔膜，该类隔膜生产成本低、强度高，且化学稳定性优异，但由于非极性的聚烯烃隔膜的疏水特性，在含有高含量极性溶剂的电解液中，表现出较差的润湿性和电解液吸液保液能力，所以限制了锂离子电池的性能。此外，该类隔膜主要是经过先成型再拉伸的工艺制成，在高温的情形下隔膜容易出现沿着拉伸方向发生卷曲，甚至融化，以及容易出现物理损伤，一旦隔膜收缩，正负极接触短路，极易发生安全事故，所以锂电池的安全问题及性能优化问题依旧充满挑战。静电纺丝法是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场力作用下进行喷射拉伸而获得聚合物纳米纤维的纺丝方法。静电纺丝有着装置简单、操作简便以及工艺可控等优点，现已广泛用于制备纳米纤维材料，但静电纺丝方法制备的纤维膜，因杂乱无序的堆积在一起，丝与丝之间无作用力。

为了解决上述问题，广大科研工作者采用热压、溶液共混、溶液蒸汽处理等途径在纤维之间映入交联结构，但往往面临着共溶剂选择困难，纤维的内部结构变化大等难点。如发明专利CN110265610A公开了一种锂电池隔膜的制备方法，将PAN聚合物与DMF溶剂混合配成浓度为10wt％-15wt％的溶液，获取离心静电纺丝溶液；将所述离心静电纺丝溶液注射到离心静电纺丝装置的储液腔内进行静电纺丝，得到离心纺丝纤维膜，将所述离心纺丝纤维干燥，最后将纤维膜进行热压处理。虽然该方法可以增加纤维之间的交联结构，但往往在一定的程度上降低了纤维膜的孔隙率，力学性能差，使得在运用到锂离子电池中，锂离子的通道减少，使得电化学性能有所降低等缺陷。因此，开发能够满足高端市场应用的高性能隔膜已成为锂电行业的迫切需求。

发明内容