[发明专利]电池用无机物改性的聚合物复合隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了电池用无机物改性的聚合物复合隔膜及其制备方法，包括三层复合结构，三层复合结构为PVDF/PVDF‑PAN/PVDF。其各单层之间由于相同物质之间形成弱的范德华力，显著提升复合膜各层之间的结合能力；作为纳米纤维材料，较大的比表面积和孔隙率对电解液的吸收能力和锂离子的传输都起着重要作用；通过添加无机物，并做成复合隔膜的形式对隔膜的力学性能有着很大的提升。制备方法，方法简单，纺丝环境没有过多要求，同时不需要大量的人工，满足现代化机械生产。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，涉及电池用无机物改性的聚合物复合隔膜，还涉及上述聚合物复合隔膜的制备方法。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，传统的化石能源面临的，资源短缺与环境污染问题，传统的化石能源已经不能满足人类对构建绿色清洁社会的要求。随之而来的是，以新材料和新技术为基础，使传统可再生清洁能源得到现代化的开发和利用。目前，可再生的清洁能源有风能、太阳能、生物能、地热能、潮汐能等。对于清洁能源的开发和利用需要建立完善统一的体系，其中储能十分重要的一步。锂离子电池因具有比能量高、工作电压宽、自放电率低、循环寿命长、安全性能好等优点而得到迅速发展。隔膜在锂离子电池中起着隔绝正负极，防止电池短路等功能，隔膜材料的性能直接影响电池的安全性。目前，锂离子电池隔膜生产技术长期受国外企业的垄断和牵制发展较为缓慢。

目前，商业化隔膜技术路线主要分为干法工艺与湿法工艺两种。干法工艺是先将聚烯烃熔融挤出后直接在熔点以下进行高温退火处理，从而形成晶体结构，规则排列的晶体具有平行排列的片晶，垂直于挤出方向。随后，在较低温度下将薄膜进行单轴拉伸得到多孔结构。采用干法工艺制备的多孔隔膜在横向上拉伸强度较低。湿法工艺也称热致相分离工艺，是将石蜡油等成孔剂加入到高分子中，混合体系在高温下挤出成膜，薄膜固化后，成孔剂从薄膜中被萃取出来，形成多孔薄膜。采用湿法工艺制备的隔膜孔隙率和孔径大小更易控制，力学性能和均一性更好，优势更为明显。但是湿法工艺的过程复杂、成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池用无机物改性的聚合物复合隔膜，解决了现有技术中存在的力学性能较差问题。

本发明所采用的技术方案是，电池用无机物改性的聚合物复合隔膜，包括三层复合结构，三层复合结构为PVDF/PVDF-PAN/PVDF。

本发明的特点还在于：

三层复合结构为PVDF/PVDF-PAN-无机填料/PVDF。

无机填料为二氧化硅、三氧化二铝或氧化锌。

电池用无机物改性的聚合物复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将PVDF、PAN混合后溶于有机溶剂中，反应得到溶液A；

步骤2、将PVDF溶于有机溶剂中，反应得到溶液B；

步骤3、按照溶液B、溶液A、溶液B的顺序依次进行静电纺丝，得到纳米纤维膜；

步骤4、对纳米纤维膜进行干燥，得到结构为PVDF/PVDF-PAN/PVDF的聚合物复合隔膜。

PVDF、PAN的质量比为3:7-7:3。

步骤1、步骤2的反应温度为20-60℃，反应时间为9-24h。

步骤1、步骤2中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺。

静电纺丝过程的物理参数为：纺丝电压为10-28kV，纺丝速率为0.0010-0.0040mm/s。

步骤4中干燥温度为40-100℃，干燥时间为12-24h。

包括以下步骤：

步骤1、将PVDF、PAN混合后溶于有机溶剂中，然后添加2-10％的无机物，反应得到溶液A；