一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂电池技术领域，具体涉及一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜材料及其制备方法，该纳米纤维隔膜材料由多孔聚合物纳米纤维膜和含有无机纳米颗粒的涂敷浆料组成；其中多孔聚合物纳米纤维膜中耐热纳米纤维的质量占聚合物质量的20

【技术实现步骤摘要】
一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂电池
，具体为一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜 材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锉离子电池主要分为液态锂离子电池和聚合物锂离子电池两种，尽管近 几年聚合物锂离子电池的销量呈快速增加的趋势，但液态锂离子电池仍占绝 大部分的市场份额。传统的液体锂离子二次电池主要由正极材料、隔膜、电 解液及负极材料组成，其中隔膜是锂离子电池的关键内层部件之一。当前聚 烯烃微孔薄膜材料广泛地用作为锂离子电池的隔离膜，隔离膜对电池的实际 性能有着至关重要的影响，其必须具备良好的化学、电化学稳定性、能提供 锂离子在正负极间穿透流通的通道，具有良好的电解液吸收和保液能力，具 备一定的拉伸强度和耐穿刺强度，以防止锂离子电池短路。
[0003]例如中国专利CN2012105580767公开了一种锂电池用聚砜纳米 纤维隔膜及其制备方法，该聚砜纳米纤维隔膜由一种或者任意比例的 多种聚砜溶解于极性有机溶剂中，再经过静电纺丝制成；又例如中国 专利CN2018115399633公开了一种用于高性能锂电池的倍半硅氧烷 改性的纤维隔膜及其制备方法，该纤维隔膜由聚偏氟乙烯和聚甲基丙 烯酸甲酯(PMMA)制成的高分子纺丝液、具有特殊功能的笼型γ
‑
十甲 基丙烯酰氧丙基倍半硅氧烷单体(MA
‑
T10
‑
POSS)、八氨基苯基笼型倍 半硅氧烷单体(苯胺基POSS)构成；上述隔膜虽然都具有很好的亲电
[0004]因此，如何使隔膜在具有优异的亲电解液性以及高孔隙率的前提下，还 具有优异的热稳定性以及耐热收缩率，成为了锂电子发展的研究方向。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜材料及其制备 方法，不仅具有很好的吸液率以及电导率，而且热稳定性以及耐热收缩率优 异，在高温条件下作业不易产生尺寸收缩，从而有助于提高锂电池的安全性 能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜材料，该纳米纤维隔膜材料由多孔聚 合物纳米纤维膜和含有无机纳米颗粒的涂敷浆料组成；其中多孔聚合物纳米 纤维膜是由含有耐热纳米纤维的聚合物经流延成膜而成，多孔聚合物纳米纤 维膜中耐热纳米纤维的质量占聚合物质量的20
‑
65％；涂敷浆料是由PVA、多 巴胺、复合纳米氧化铝颗粒以及去离子水组合而成；其中PVA的质量占去离 子水质量的30
‑
80％，多巴胺的质量占去离子水质量的10
‑
50％，复合纳米氧 化铝颗粒的质量占去离子水质量的5
‑
20％。
[0008]作为本专利技术的进一步优选方案，所述多孔聚合物纳米纤维膜中，耐热纳 米纤维的质量占聚合物PP粒料质量的20
‑
65％。
[0009]作为本专利技术的进一步优选方案，所述多孔聚合物纳米纤维膜的制备方法 如下：
[0010]1)将耐热纳米纤维、和硅烷偶联剂KH
‑
550加入到无水乙醇中，在80
‑
85℃ 下回流5
‑
10h，用去离子水冲洗干净并真空过滤，烘干后得到改性耐热纳米纤 维，将其与PP粒料混合均匀后添加到双螺杆挤出机中，通过双螺杆挤出机挤 出造粒，控制熔体温度180
‑
200℃，熔体压力1.2
‑
1.5MPa，得到耐热PP母粒；
[0011]2)利用搅拌混合机将超高分子量聚乙烯和耐热PP母粒预混均匀，投入 双螺杆挤出机中，加入石蜡油，在200
‑
205℃下熔融混炼挤出流延成膜，冷却 后在120
‑
130℃下进行同步双向拉伸处理，待拉伸后用二氯甲烷对薄膜进行萃 取，然后将萃取晾干20
‑
30h后的薄膜在130
‑
138℃下热定型，即可得到多孔 聚合物纳米纤维膜。
[0012]作为本专利技术的进一步优选方案，所述耐热纳米纤维、硅烷偶联剂KH
‑
550 以及无水乙醇的用量比例为(5
‑
15)g:(1
‑
3)g:(100
‑
200)mL。
[0013]作为本专利技术的进一步优选方案，所述超高分子量聚乙烯的用量占耐热PP 母粒质量的5
‑
15％；
[0014]所述石蜡油的用量占耐热PP母粒质量15
‑
25％；
[0015]所述拉伸倍率为6
‑
8；
[0016]所述萃取时间10
‑
15min；
[0017]所述热定型时间60
‑
120s。
[0018]作为本专利技术的进一步优选方案，所述耐热纳米纤维的制备方法如下：
[0019]1)将3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N,N
’‑
二环己基碳二亚胺和4
‑
二甲氨基吡 啶加入到无水四氢呋喃中，强力搅拌至完全溶解，随后将氧化处理后的纳米 碳纤维浸入反应液中，在氮气保护下60
‑
70℃反应20
‑
25h，待反应结束后， 取出碳纤维，用无水四氢呋喃反复清洗后烘干，得到胺基化碳纤维；
[0020]2)将胺基化碳纤维浸入到由蒸馏水、浓氨水以及无水乙醇组成的混合液 中，随后升温至40
‑
50℃，迅速加入浓度为0.03
‑
0.08mol/L的正硅酸乙酯， 并在此温度下反应15
‑
20h，待反应结束后，取出碳纤维，用去离子水和无水 乙醇反复清洗后烘干，得到改性碳纤维；
[0021]3)将改性碳纤维分散于去离子水中，常温下搅拌2
‑
5h，再加入聚乙烯醇， 在60
‑
70℃下搅拌5
‑
10h，然后升温至90
‑
95℃继续搅拌10
‑
15h，得到的纺丝 原液，然后在纺丝电压20
‑
25kV，推进速度0.03
‑
0.08mm/min，接受距离15
‑
20cm 条件下纺丝8
‑
10h，即可得到耐热纳米纤维。
[0022]作为本专利技术的进一步优选方案，所述3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N,N,
‑
二环 己基碳二亚胺、4
‑
二甲氨基吡啶以及无水四氢呋喃的比例为 (3
‑
10)mL:(0.1
‑
0.3)g:(0.1
‑
0.05)g:(100
‑
150)mL；
[0023]所述混合液中，蒸馏水、浓氨水以及无水乙醇的比例为 (3
‑
10):(5
‑
15):(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜材料，其特征在于，该纳米纤维隔膜材料由多孔聚合物纳米纤维膜和含有无机纳米颗粒的涂敷浆料组成；其中多孔聚合物纳米纤维膜是由含有耐热纳米纤维的聚合物经流延成膜而成，多孔聚合物纳米纤维膜中耐热纳米纤维的质量占聚合物质量的20
‑
65％；涂敷浆料是由PVA、多巴胺、复合纳米氧化铝颗粒以及去离子水组合而成；其中PVA的质量占去离子水质量的30
‑
80％，多巴胺的质量占去离子水质量的10
‑
50％，复合纳米氧化铝颗粒的质量占去离子水质量的5
‑
20％。2.根据权利要求1所述的一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜材料，其特征在于，所述多孔聚合物纳米纤维膜的制备方法如下：1)将耐热纳米纤维、和硅烷偶联剂KH
‑
550加入到无水乙醇中，在80
‑
85℃下回流5
‑
10h，用去离子水冲洗干净并真空过滤，烘干后得到改性耐热纳米纤维，将其与PP粒料混合均匀后添加到双螺杆挤出机中，通过双螺杆挤出机挤出造粒，控制熔体温度180
‑
200℃，熔体压力1.2
‑
1.5MPa，得到耐热PP母粒；2)利用搅拌混合机将超高分子量聚乙烯和耐热PP母粒预混均匀，投入双螺杆挤出机中，加入石蜡油，在200
‑
205℃下熔融混炼挤出流延成膜，冷却后在120
‑
130℃下进行同步双向拉伸处理，待拉伸后用二氯甲烷对薄膜进行萃取，然后将萃取晾干20
‑
30h后的薄膜在130
‑
138℃下热定型，即可得到多孔聚合物纳米纤维膜。3.根据权利要求2所述的一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜材料，其特征在于，步骤1)中，所述耐热纳米纤维、硅烷偶联剂KH
‑
550以及无水乙醇的用量比例为(5
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15)g:(1
‑
3)g:(100
‑
200)mL。4.根据权利要求2所述的一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜材料，其特征在于，步骤2)中，所述超高分子量聚乙烯的用量占耐热PP母粒质量的5
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15％；所述石蜡油的用量占耐热PP母粒质量15
‑
25％；所述拉伸倍率为6
‑
8；所述萃取时间10
‑
15min；所述热定型时间60
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120s。5.根据权利要求1所述的一种钠离子锂电池用纳米纤维隔膜材料，其特征在于，所述耐热纳米纤维的制备方法如下：1)将3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、N,N
’‑
二环己基碳二亚胺和4
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二甲氨基吡啶加入到无水四氢呋喃中，强力搅拌至完全溶解，随后将氧化处理后的纳米碳纤维浸入反应液中，在氮气保护下60
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70℃反应20
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25h，待反应结束后，取出碳纤维，用无水四氢呋喃反复清洗后烘干，得到胺基化碳纤维；2)将胺基化碳纤维浸入到由蒸馏水、浓氨水以及无水乙醇组成的混合液中，随后升温至40
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50℃，迅速加入浓度为0.03
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0.08mol/L的正硅酸乙酯，并在此温度下反应15
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20h，待反应结束后，取出碳纤维，用去离子水和无水乙醇反复清洗后烘干，得到改性碳纤维；3)将改性碳纤维分散于去离子水中，常温下搅拌2
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5h，再加入聚乙烯醇，在60
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70℃下搅拌5
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10h，然后升温至90
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【专利技术属性】
技术研发人员：顾海波，周勇，李青，付国辉，王长岭，
申请(专利权)人：江苏久泰电池科技有限公司，
类型：发明
国别省市：