[发明专利]一种规模化多孔芳纶微纤隔膜的制备方法及其应用

说明书

一种规模化多孔芳纶微纤隔膜的制备方法及其应用，属于隔膜制备技术领域。本发明的目的是为了解决现有的锂离子电池隔膜强度不足、耐热温度不高、浸润性差的问题，所述方法为：将芳纶短切纤维加入到装有含有氢氧化钾的二甲基亚砜反应容器当中浸泡；用纯二甲基亚砜进行清洗，将多余的氢氧化钾去除，将预氧化芳纶短切纤维分散在二甲基亚砜中，机械分离；采用真空抽滤的方式进行抽滤制膜，二甲基亚砜抽干后，清洗，去除掉多余的二甲基亚砜，取下隔膜，进行压实即可。芳纶微纤优异力学性能可以抑制锂枝晶在循环过程中的生长，防止其刺破隔膜而引发的短路现象发生，实现提高电池的使用年限和安全性目的。

技术领域

本发明属于隔膜制备技术领域，具体涉及一种规模化多孔芳纶微纤隔膜的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池具有容量大、可快速充放电、使用寿命长等特点，在军、民领域应用广泛。作为电池结构中关键的组件之一，隔膜的作用在于使电池正负极隔离，同时为锂离子在循环放电过程中提供迁移通道，因此隔膜性能的优劣直接影响锂离子电池的电化学性能和安全使用性能。不过，由于现有的聚烯烃类隔膜高温尺寸易收缩，对电解液浸润性差同时易被枝晶刺破，致使锂电池的使用与发展受到制约。

芳纶纤维(聚对苯二甲酰对苯二胺)是一种兼具高强高模、耐高温、耐溶剂且化学稳定的一种高性能纤维，其分解温度高达550℃，强度超过5GPa，在大部分有机溶液中均可长期稳定存在，同时又具有有机物的绝缘特性，是一种理想电池隔膜材料。虽然芳纶纤维具有许多的优点，但是截至目前芳纶纤维并没有在锂离子电池当中得到应用，主要原因在于芳纶无纺布隔膜并不能满足锂离子电池对隔膜孔径和厚度的要求。一般来说，直径在微纳米尺度的纤维才能够在电池中使用，而目前芳纶纤维主要是通过干喷湿纺技术制备，所得纤维直径一般在十几微米左右。另外直接使用芳纶短纤或浆粕制备的隔膜，存在隔膜强度不高，结构不均匀等问题。因此目前如何能够简易、规模化制备出直径在纳米或亚微米尺度的芳纶纤维是制备芳纶多孔电池隔膜的一个关键问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的锂离子电池隔膜强度不足、耐热温度不高、浸润性差的问题，提供一种规模化多孔芳纶微纤隔膜的制备方法及其应用，制备的隔膜能够高效抑制聚硫化物的穿梭。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种规模化多孔芳纶微纤隔膜的制备方法，所述方法具体步骤为：

步骤一：芳纶微纤的预氧化过程：

将芳纶短切纤维加入到装有含有氢氧化钾的二甲基亚砜反应容器当中，浸泡2天；

步骤二：芳纶微纤的剥离：

将步骤一得到的混合溶液用纯二甲基亚砜进行清洗，将多余的氢氧化钾去除，将去除多余的氢氧化钾后的预氧化芳纶短切纤维分散在二甲基亚砜中，控制芳纶短切纤维在二甲基亚砜溶剂中的浓度为1wt％～3wt％，以8000～12000r/min的速度机械分离30～60min；

步骤三：芳纶微纤隔膜的制备：

采用真空抽滤的方式对步骤二得到的预氧化芳纶纤维与二甲基亚砜的混合溶液进行抽滤制膜，二甲基亚砜抽干后，用去离子水对隔膜清洗3-5次，去除掉多余的二甲基亚砜溶剂，取下隔膜，用热压机对隔膜进行压实，即得到芳纶微纤隔膜。

一种上述得到的多孔芳纶微纤隔膜的应用，所述多孔芳纶微纤隔膜用于锂离子电池。

本发明相对于现有技术的有益效果为：

(1)高产率芳纶微纤的制备，通过预氧化溶胀过程，弱化微纤之间的氢键以及π-π共轭作用，使微纤与微纤之间作用力松动，并通过机械分离，实现内部微纤与微纤完全分离。