[发明专利]一种HAP-ANF复合隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种HAP‑ANF复合隔膜及其制备方法和应用，属于高分子纤维和锂离子电池领域，通过混合芳纶纳米纤维和羟基磷灰石纳米纤维，利用湿法抄造成型造纸工艺制成HAP‑ANF复合隔膜，生产工艺简单可行，避免了芳纶隔膜纸组分维度差异大所致的纸张结构疏松、界面结合力差、机械强度和耐压强度低等问题，制备的HAP‑ANF复合隔膜具有耐高温和阻燃性，能够有效提高电池的安全性和稳定性，可以制造出更轻薄小巧的高容量电池，在新能源及高端消费品领域有很大的发展机会，以实现芳纶纤维行业更高质量的发展。

技术领域

本发明属于高分子纤维和锂离子电池领域，具体涉及一种HAP-ANF复合隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池隔膜作为锂离子电池中四大组分之一，起着隔绝正负极、阻绝电子、通过锂离子的功能。隔膜虽然不直接参与电池中的化学反应，但是对电池的电化学表现力、循环寿命以及安全性能有着极大的影响。目前，有关电动车和新能源燃烧和爆炸事件新闻层出不穷，这让动力电池的安全性成为了大众在选择购买新能源汽车和电瓶车过程中首要关心的问题，因此，开发能够提升电池安全性能和使用效率的电池隔膜具有重要意义。电池的技术固然重要，但汽车安全还需回归到具体的材料内容研究中去。隔膜的热安全温度很大程度上取决于制备隔膜的基材，目前商用的聚烯烃隔膜有着良好的电化学表现能力、耐腐蚀性和优秀的孔径优势，但是聚烯烃材料本身的热稳定性能差、强度低、浸润性差等缺点限制了其在高性能锂离子动力电池中的应用，且严重影响电池的循环使用寿命，无法满足动力电池的使用需求。

为进一步的提升隔膜的机械性能热稳定性，具有耐高温、高强高模、耐酸耐碱和高绝缘等性质的芳纶纳米纤维便成为了研究人员广泛关注的新型材料。芳纶纳米纤维具有强度高、模量高、稳定性好、抗降解、耐高温、耐腐蚀、密度低、柔韧性好等优良性能，从性质上来说满足锂离子电池隔膜的性能要求。基于此，多个课题组和研究团队从高性能芳纶纸基锂离子电池隔膜制备与应用方面进行展开，利用湿法成型技术制备得到结构可控、孔隙率高、孔隙大小合适、电解质浸润性好、离子电导率高等综合性能优异的锂离子电池隔膜，并发现其对抑制锂枝晶刺穿隔膜有着良好的作用。

就应用来说，电池隔膜的厚度要尽可能的薄从而有利于锂离子的有效通过，但是过薄的隔膜存在着容易被戳破、撕裂、断裂等问题，因此如何同时保证隔膜的薄厚度和高强度是急需要解决的问题。从目前所公开的研究成果来看，已经有不少学者开始使用差别化芳纶纤维制备锂离子电池隔膜，2022年10月18日公开的公开号为CN115207559A的中国发明专利申请以差别化芳纶纤维为原料通过湿法成型制备了高性能芳纶隔膜，并且通过高温热压处理使得隔膜中纤维的结合力更强，显著提升隔膜的强度和抗刺穿能力。2022年8月5日公开的公开号为CN114865219A的中国发明专利申请采用喷雾的方式将芳纶复合浆料涂覆在聚丙烯或者是聚乙烯两侧的表面，得到厚度仅为0.5～4微米的涂层，实现制备所得的隔膜延展性得到提升，电池的使用寿命长、安全性好且成本低。根据现有的研究情况推断出，如何在保证良好孔隙率和高吸液率的前提下提升电池隔膜的热稳定性和强度是研究的重点。

羟基磷灰石是一种绿色、稳定且来源广泛的无机材料，具有高强度、耐高温、阻燃性好以及电解液润湿性好的特点，1000℃的高温下也能保证其结构完整，通过水热合成制备而得的羟基磷灰石纳米线水分散液的表面水化层有着大量的氢键，与水分子有很好的相容性。目前鲜有使用芳纶纤维和羟基磷灰石制备的锂离子电池隔膜，因此芳纶纤维与羟基磷灰石的锂离子电池隔膜制备会是一个新兴的领域。

针对锂电池隔膜技术发展中遇到的上述一系列问题，在保证合适孔隙率和高吸液率的前提下，均匀高效地制备高性能芳纶隔膜是目前技术的瓶颈。

故，目前需要解决的是如何在保证良好孔隙率和高吸液率的前提下提升电池隔膜的热稳定性和强度的问题。

发明内容