[发明专利]一种芳纶隔膜、制备方法与装置

说明书

本发明公开了一种芳纶隔膜、制备方法与装置，成膜装置包括：挤出磨具、预热辊、冷却辊、干燥辊、收卷辊、干燥箱、低温箱和水洗槽，预热辊和冷却辊的外围套有钢带；制膜液通过挤出模具转移到钢带表面，随着钢带的运动进入干燥箱，然后经过冷却辊直接进入低温箱，再依次经过水洗槽和干燥辊，由卷取辊进行收卷；芳纶隔膜的制备方法：(1)制备芳纶聚合物溶液；(2)将芳纶聚合物溶液经稀释得到的芳纶聚合物分散液，然后利用成膜装置制备芳纶膜；(3)将得到的芳纶膜经过双向拉伸后，进一步热定型，最终制得芳纶隔膜。本发明克服常规方法制膜发脆、易破的技术难题，制得隔膜的机械强度和孔隙结构得到进一步提升，从而可长期在高温环境下工作。

技术领域

本发明属于新材料领域，特别涉及一种芳纶隔膜、制备方法与装置。

背景技术

在各类化学电源中，隔膜材料起到了阻隔正负极反应、阻止电子通过、允许内电路离子通过的作用。近年来，锂离子电池在移动电源、电动汽车等领域得到了广泛应用，其能量密度不断提升，以满足其使用续航时间延长的需求，但因此也引发了不少锂离子电池自燃或者爆炸起火等安全性问题。隔膜是锂离子电池的重要组成之一。隔膜良好化学稳定性和机械强度能确保锂离子电池使用过程中的完整性，避免正负极接触而出现电池短路，甚至自燃。受限于基材自身性质，PE陶瓷隔膜在温度高于150℃时收缩变形严重，易导致电池内部短路，引起热失控。因此，高强度、高性能、高安全性的锂离子电池隔膜的研发成为目前的研究热点之一，开发出能够替代聚烯烃类隔膜的高性能隔膜对提高锂离子电池使用性能具有重要意义。

芳纶作为一种耐高温特种高分子材料，在工业中应用非常广泛，它具有极高的热稳定性(最高可达400℃)，优异的自熄性以及对电解液良好浸润性，是一种性能优异隔膜的备选材料。目前间位芳纶材料用于隔膜主要通过静电纺丝法制备，如中国专利技术201910686373.1、201811529222.7、201810835751.3等，但是静电纺丝法自身的一些限制，比如效率低，价格高，隔膜强度较低，不适合于大规模应用。还有研究者人员采用在聚烯烃基材表面涂覆芳纶等耐高温材料以改善其耐温性能，如中国专利技术201821819348.3、202110431425.8、202210268442.9等，但是这些无疑提高了制造成本和工艺复杂度。也有研究人员将芳纶聚合物或者添加功能改性填料后，经过湿拉伸后萃取或固化成型制备芳纶隔膜，如202010339804.X、201810782506.0、202210174186.7等，所制备的隔膜性能有所高，但是其良品率有限。因此，十分迫切研发一种电池隔膜用芳纶隔膜的技术，并且可以适合大规模制备生产。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种电池隔膜用芳纶隔膜。

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的芳纶隔膜。

本发明的再一目的在于提供所述锂电池用芳纶隔膜的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种成膜装置，包括：挤出磨具、预热辊、冷却辊、干燥辊、收卷辊、干燥箱、低温箱和水洗槽，预热辊和冷却辊的外围套有钢带，钢带在预热辊和冷却辊表面运行；制膜液通过挤出模具转移到钢带表面，随着钢带的运动进入干燥箱，然后经过冷却辊直接进入低温箱，再依次经过水洗槽和干燥辊，由卷取辊进行收卷。

优选地，所述干燥箱设有抽气口，低温箱设有冷气进口。

一种芳纶隔膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备芳纶聚合物溶液；

(2)将芳纶聚合物溶液经稀释得到的芳纶聚合物分散液，然后所述成膜装置制备芳纶膜；

(3)将得到的芳纶膜经过双向拉伸后，进一步热定型，最终制得芳纶隔膜。