[发明专利]一种用于锂离子电池隔膜的纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明提出一种用于锂离子电池隔膜的纳米纤维膜及其制备方法，解决了现有技术中电池隔膜存在热稳定性低、机械强度低、孔隙率低、润湿性差的问题。制备出一种PVDF‑HFP/RGO‑PI/PVDF‑HFP三层纳米纤维隔膜作为锂离子电池隔膜使用。皮层为PVDF‑HFP纳米纤维隔膜，芯层为RGO‑PI纳米纤维隔膜。隔膜中纤维直径均为100‑200nm之间，RGO质量分数占PI的0.1%。本发明制备的纳米纤维隔膜具有制备方法简单、工艺简单、对环境友好等特点。

技术领域

本发明涉及本发明属于碳纤维材料领域，特别是指一种用于锂离子电池隔膜的纳米纤维膜及其制备方法。

背景技术

锂电池由正、负极材料，电解液，隔膜，外壳组成，隔膜是锂电池工作的必要部分，为离子转移提供路径，同时将正极和负极进行物理隔开。隔膜根据结构和组成可以有：聚烯烃隔膜，无纺布，聚合物/无机复合隔膜等，市场比较多的为：聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）微孔膜及聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯（PP/PE/PP）三层隔膜，聚烯烃隔膜具有强度高、耐酸耐碱性好等特点，但是孔隙率低、润湿性及热稳定性差，当电池温度升高到超过170℃时，隔膜收缩熔融等会导致结构完整性破坏，无法起到作用，造成短路，加剧电解液气化、电池着火、爆炸等。因此需要开发一种新材料以满足锂离子电池隔膜的各项要求，包括：热稳定性，机械强度，孔隙率，吸液率，润湿性等。

PI（聚酰亚胺）具有许多优异的性能，如高强度模量、高抗蠕变性能、优良的尺寸稳定性、良好的绝缘 性能、耐腐蚀耐化学性能以及低的热膨胀系数和低的介电常数与损耗等。石墨烯具有极高的导热系数，良好的导电性、具有良好的结构刚性，所以将石墨烯掺入PI中改善其性能。PVDF-HFP是PVDF（聚偏氟乙烯）共聚物，机械强度高，孔隙率大、吸液率高，优异的聚合物电解质稳定性。静电纺丝是一种基于高压静电场下导电流体产生高速喷射原理发展而来的不同于常规方法的纺丝技术，所纺纳米纤维具有较细的直径和较大的比表面积。本发明的目的在于提供高热稳性，高润湿性，机械强度高，孔隙率均匀的锂离子电池隔膜制备方法。

发明内容

本发明提出一种用于锂离子电池隔膜的纳米纤维膜及其制备方法，解决了现有技术中电池隔膜存在热稳定性低、机械强度低、孔隙率低、润湿性差的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于锂离子电池隔膜的纳米纤维膜，包括三层纳米纤维隔膜，其中芯层为RGO-PI纳米纤维隔膜、上下表层为PVDF-HFP纳米纤维隔膜，隔膜中纤维直径均为100-200nm，RGO质量分数占PI的0.1%。

所述PI纳米纤维隔膜中掺杂有单层石墨烯，PI纳米纤维隔的厚度为25μm、溶解温度为500℃。

所述PVDF-HFP纳米纤维隔膜的熔点为175℃。

所述的用于锂离子电池隔膜的纳米纤维膜的制备方法，步骤如下：

（1）将GO（石墨烯）分散在DMAC中，分散24-48h，得到GO溶液；

（2）向GO溶液中先加入ODA（4,4’-二氨基二苯醚），搅拌至完全溶解，再在1-2h内分批加入PMDA（均苯四甲酸二酐），加完升温至35℃，继续搅拌5h，等溶液出现爬杆现象即可形成均一的GO-PAA溶液；

（3）将GO-PAA溶液进行静电纺丝Ⅰ，其中电压为20-25kV，纺丝距离为20cm，推注速度为0.2-0.4ml/h，纺丝四个小时得到GO-PAA纳米纤维隔膜；

（4）将GO-PAA纳米纤维隔膜放入通有N₂的炭化炉中，通过梯度升温法进行热亚胺化处理，得到RGO-PI（氧化石墨烯-聚酰亚胺）纳米纤维隔膜；