[发明专利]一种孔径均一的聚偏氟乙烯隔膜材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种孔径均一的聚偏氟乙烯隔膜材料的制备方法，其方法包括将六水合硝酸钴加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，超声搅拌，然后加入PVDF(聚偏氟乙烯)，在室温下搅拌配置成15.5～20wt.％的溶液，移入静电纺丝注射泵，进行静电纺丝，在接收辊上得到的纤维膜I；将2‑甲基咪唑加入到N,N‑二甲基甲酰胺中，超声搅拌，然后加入PVDF(聚偏氟乙烯)，在室温下搅拌配置成14.6～18.2wt.％的溶液，然后移入注射泵中，进行静电纺丝，在接收辊上的纤维膜I表面上覆盖纤维膜II；然后将其平铺放置在容器中，然后加入混合溶剂，静置8～12h后从混合溶剂中取出该膜，在60～70℃下干燥3～5h，用辊压机加压辊压，然后冲冲片机切成直径为19mm的隔膜。

技术领域

本发明属于锂离子电池隔膜技术领域，具体涉及一种孔径均一的聚偏氟乙烯隔膜材料的制备方法。

背景技术

高速锂离子电池(LIBs)作为当下主导的储能体系，在高性能、轻量化的电子产品的需求量日益剧增，因此人们对锂离子电池的性能有着更高的要求：高能量密度、优异的循环稳定性、高安全性能。构建高性能的LIBs的关键是改善电极与电子之间的锂离子传导，而在电池隔膜内锂离子的有效传输对于高能量密度锂离子电池仍然是一个挑战。

聚偏氟乙烯(PVDF)具有介电常数大以及具有较强的C—F化学键，成为制造隔膜的良好材料，但是单纯的PVDF隔膜容易结晶影响离子导电，许多研究致力于基于金属有机框架(MOF)材料的电池隔膜，能够促进锂离子的均匀通量，提高离子电导率。如中国专利ZL2017107843098公开了一种锂氧气电池隔膜的制备方法，采用蒸发干燥成膜的方法制备了聚合物聚甲基丙烯酸甲酯膜，并对膜进行酸化处理，然后以聚甲基丙烯酸甲酯膜为基底制备金属有机框架膜；将Co(NO₃)₂·6H₂O溶解于壬酸和乙醇得混合液中磁力搅拌，加入均苯三甲酸和三乙胺继续搅拌，将溶液转移到聚四氟反应釜衬中，并镊子夹取聚甲基丙烯酸甲酯膜置于聚四氟反应釜衬中进行水热合成，将反应后得到的膜取出后用大量水冲洗，用甲醇反复冲洗，室温下干燥，得到锂氧气电池隔膜。基于以上理念，在锂离子电池领域，最常用于隔膜材料的PVDF在制备过程中期末的孔径较难把控，这直接影响到隔膜的机械性能和电化学性能。

发明内容

基于以上PVDF隔膜在制备过程中存在膜孔径难把控的缺陷，本发明的目的在于提供一种孔径均一的聚偏氟乙烯隔膜材料的制备方法，其中所述聚偏氟乙烯隔膜具有“核-壳结构”，其中壳结构为PVDF，核结构为MOF材料。

进一步地，所述隔膜中MOF材料为ZIF-67，所述MOF材料均匀包覆在PVDF内部，所述隔膜孔径通过MOF材料来调控，得到孔径大小均一，孔的分布均匀的隔膜。

本发明所采取的技术方案主要是首先将金属有机框架ZIF-67的两种原料分别和聚合物聚偏氟乙烯溶解在有机溶剂中，然后通过静电纺丝的方法制备出两层紧密贴合的纤维膜，利用室温下能够在溶剂甲醇中合成金属有机框架ZIF-67的方法，然后将其浸泡在混有甲醇的混合有机溶剂中，在两层纤维膜紧密贴合处得到ZIF-67，同时采用混合有机溶剂保证了聚偏氟乙烯纤维膜在室温下不会完全溶解，最后经过辊压机辊压得到该隔膜。

本发明另一目的在于提供一种孔径均一的聚偏氟乙烯隔膜材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

S1：将六水合硝酸钴加入到N,N-二甲基甲酰胺中，超声搅拌，然后加入PVDF(聚偏氟乙烯)，在75～90℃的水浴加热条件下搅拌配置成聚偏氟乙烯浓度为15.5～20wt.％的溶液，移入静电纺丝注射泵，在注射电压为12～16kV，注射距离为12～16cm，注射速率为0.25～0.4mL/min，进行静电纺丝，在接收辊上得到的纤维膜I。