[发明专利]静电纺丝聚丙烯腈改性聚乙烯锂电池隔膜的制备方法及加工装置

说明书

本发明涉及锂电池隔膜技术领域，尤其是指静电纺丝聚丙烯腈改性聚乙烯锂电池隔膜的制备方法及加工装置，包括以下步骤：S1，制备PAN溶液；S2，将乙酰丙酮铁、正硅酸乙酯、氨基丙基三乙氧基硅烷及助剂加入步骤S1中配置好的PAN溶液中混合均匀制得静电纺丝液；S3，将S2中制备得到的静电纺丝液利用静电纺丝装置以静电纺丝的形式喷涂到PE电池隔膜基层的两侧；S4，制成纳米碳纤维电池隔膜。加工装置，包括供液组件、喷丝组件和接收组件，所述供液组件和喷丝组件之间设有输液管，所述输液管上连接设有均液组件。本发明通过静电纺丝的方法将PAN以纳米纤维的形式喷涂至PE隔膜两侧,得到的复合隔膜具有优秀的电解质润湿性、好的离子导电性和热稳定性。

技术领域

本发明涉及锂电池隔膜技术领域，尤其是指静电纺丝聚丙烯腈改性聚乙烯锂电池隔膜的制备方法及加工装置。

背景技术

隔膜是锂离子电池的关键组成部分，位于正负极之间 ，阻止正负极直接接触而允许锂离子在其中自由通过。 隔膜本身不参与电化学反应 ， 但其性能对电池的安全性、能量密度和功率密度等有直接的影响。锂电池隔膜阻止正负极直接接触从而避免锂离子电池短路，但正负极需要在内部传输离子，因此隔膜应绝缘并具有多孔结构。常用的商用隔膜有如聚乙烯（PE）隔膜,聚丙烯（PP）隔膜和聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）三层复合隔膜。但是，聚烯烃隔膜润湿性较差,孔径小,不利于电子在电池中快速交换,因此锂离子电池的电化学性能受到了很大的影响;而且,聚烯烃是热塑性材料,熔融温度较低,在高温下收缩率较大,容易导致电池内部短路,一定程度上限制了锂离子电池的使用。

因此如何利用表面涂覆、表面接枝、共混和一些其他方法来改进电池隔膜的性能是当下研究的重点方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供静电纺丝聚丙烯腈改性聚乙烯锂电池隔膜的制备方法及加工装置，通过静电纺丝的方法将PAN以纳米纤维的形式喷涂至PE隔膜两侧,得到的复合隔膜具有优秀的电解质润湿性、好的离子导电性和热稳定性。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

静电纺丝聚丙烯腈改性聚乙烯锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

S1，制备PAN溶液；

S2，将乙酰丙酮铁、正硅酸乙酯、氨基丙基三乙氧基硅烷及助剂加入步骤S1中配置好的PAN溶液中混合均匀制得静电纺丝液；

S3，将S2中制备得到的静电纺丝液利用静电纺丝装置以静电纺丝的形式喷涂到PE电池隔膜基层的两侧制得隔膜初产品；

S4，将步骤S3中喷涂完成的电池隔膜初产品进行预氧化和碳化处理制成纳米碳纤维电池隔膜。

进一步地，步骤S1中PAN溶液的制备方法具体为：将PAN粉末加入到DMF溶剂中制成悬浮液，再将悬浮液放置到磁力搅拌器上，水浴加热至60℃后以600r/min搅拌2h,待PAN粉末完全溶解到DMF中,形成澄清透明溶液。

进一步地，步骤S2中静电纺丝液的具体制备方法为：将乙酰丙酮铁、正硅酸乙酯、氨基丙基三乙氧基硅烷及助剂加入步骤S1中配置好的PAN溶液中置于高速剪切机中加热至50-65℃以2000r/min搅拌1h至原料完全混合均匀。

进一步额，所述静电纺丝喷涂的工艺参数如下:接收距离为18cm,电压为16kV,纺丝速率为0.008mL/min。

用于上述任意一项所述的静电纺丝聚丙烯腈改性聚乙烯锂电池隔膜的制备方法的加工装置，包括供液组件、喷丝组件和接收组件，所述供液组件和喷丝组件之间设有输液管，所述输液管上连接设有均液组件；所述均液组件包括设置在所述输液管中段的磁力搅拌罐，所述磁力搅拌罐上连接设有暂存静电纺丝液的储液盒，所述储液盒与所述磁力搅拌罐之间设有间歇控制阀，所述储液盒上设有增压泵；所述喷丝组件包括分流板和喷丝腔，所述分流板位于所述储液盒和喷丝腔之间，所述喷丝腔内设有分散组件，所述喷丝腔上连接设有高压供气机，所述喷丝腔的出液端对准所述接收组件。