【技术实现步骤摘要】
本申请属于电池隔膜领域，具体涉及一种功能化混纺复合锂离子电池隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、近年来，由于化石能源的日益消耗，迫切需要清洁能源去代替化石能源,与此同时清洁稳定、高效的储能体系也引起人们的广泛关注，具有高能量密度和稳定循环性能的锂离子电池(lib)迅速主导了智能手机，笔记本电脑和相机等便携式电子设备的储能系统市场。然而锂电池在生活中的不当使用易造成燃烧爆炸等安全问题，隔膜作为锂离子电池的重要组成部分，对电池的容量和性能有显著影响，利用隔膜优化电池性能，延长电池寿命，解决电池安全问题是一种有效的方法。
2、目前市场化的锂离子电池隔膜大多聚焦于聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)等聚烯烃隔膜，这些聚烯烃微孔膜具有良好的化学稳定性和高机械强度。然而，聚烯烃膜低孔隙率和与极性液体电解质的润湿性差，严重影响电池电阻、能量密度和lib的倍率能力，聚烯烃类材料在高温下会发生熔化和收缩，造成电池短路。短时间内释放大量热量造成锂离子电池的燃烧甚至爆炸。理想的隔膜应具有低界面阻力、高电解液润湿性和均匀的孔分布，以满足电池在不同应用场合下正常运转的要求。隔膜需要具有高热稳定性、高机械强度和高润湿性等特点来满足这些要求，因此，通过调整原料配比及不同聚合物的共聚去制备隔膜，对锂离子电池的发展是非常重要的，开发高热稳定性、高机械强度和高润湿性隔膜替代传统商业隔膜进一步提高锂离子电池的性能和安全性非常重要。
3、静电纺丝工艺在过去二十年中受到广泛关注，，通过静电纺丝技术可以持续生产微米级的纳米纤维膜，纳米纤维膜比表面积大
技术实现思路
1、本申请的目的之一是提供了一种功能化混纺复合锂离子电池隔膜。所述功能化混纺复合锂离子电池隔膜是通过静电纺丝法对聚合物和改性聚合物材料进行混纺，通过两种聚合物之间的交联进行静电纺丝隔膜的制备。
2、可选地，所述聚合物pan、pvdf、pvdf-hfp、pi、pvp、pva中的一种或多种。
3、优选地，所述改性聚合物材料为氰乙基醚化乙烯基聚乙烯。
4、本申请的目的之二是提供一种功能化混纺复合锂离子电池隔膜制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
5、1)新型氰乙基醚化乙烯基聚乙烯聚合物的制备；在烧瓶中，先后加入的聚醋酸乙烯,去离子水,丙烯腈，8wt％氢氧化钠，经一定温度下搅拌，进行氰乙基化反应，冷却降温后进行二段反应；一段时间后加入醋酸，中和反应体系中的碱催化剂终止合成反应，接着加入适量去离子水，蒸馏回收过量的丙烯腈，氰乙基醚化乙烯基聚乙烯粗产品则被沉析出来。粗产品氰乙基醚化乙烯基聚乙烯经丙酮溶液溶解，加入去离子水搅拌洗涤，真空干燥，至产品中不再呈现出汽泡则干燥完毕。
6、2)共混静电纺丝溶液的配制：将新型改性聚合物材料与传统聚合物按照一定质量比加入极性溶剂中，溶解搅拌，得一定浓度的静电纺丝液。
7、3)静电纺丝：将上述静电纺丝液加入注射器中，铝箔覆于接收辊轴上，在适当的电压、接收距离和挤出速度下进行静电纺丝，收集复合膜。将收集到的复合膜置于真空干燥箱中常温减压处理直至无溶剂残留，得静电纺丝隔膜。
8、4)后处理成型：上述静电纺丝隔膜分别经五次热辊压、一次热压处理成型后，得功能化混纺复合锂离子电池隔膜。
9、优选地，所述步骤(1)中所述聚醋酸乙烯聚合度为500-2000添加量为80-150g；去离子水250-450ml,丙烯腈为75-120g，8wt％氢氧化钠为12-18g，醋酸添加量为12-23g，丙酮的溶液浓度为20-35wt％。搅拌温度为55-70℃，搅拌速度为500-850rpm，真空干燥温度为70-95℃，溶解温度优选90-100℃，氰乙基化反应时间为1h，二段反应时间为90min；
10、优选地，所述步骤(2)中传统聚合物与新型改性聚合物材料质量比为1：(0.5～2)；所述极性溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃中的一种或几种；所述静电纺丝液的浓度为10～20wt％。
11、优选地，所述步骤(3)中所述静电纺丝电压为12-20kv，挤出速度为1.5～3.5ml/h，接收距离为15～30cm。
12、优选地，所述步骤(4)中五次热辊压温度为60～120℃，工作辊隙为80～200μm；五次依次为80-90℃，辊隙150-200μm；80-90℃，辊隙140-180μm；100℃，辊隙110-180μm；110-120℃，辊隙110-160μm；80℃，辊隙90-140μm)。
13、热压条件为80～120℃、5～15mpa、5～15min。
14、本申请的目的之三是提供一种功能化混纺复合锂离子电池隔膜的应用，所述功能化混纺复合锂离子电池隔膜，应用于锂离子电池中。
15、所述功能化混纺复合锂离子电池隔膜，以改性聚合物材料氰乙基醚化乙烯基聚乙烯与聚合物pan、pvdf、pvdf-hfp、pi、pvp、pva中的一种或多种进行混纺制备复合隔膜，氰乙基醚化乙烯基聚乙烯含有强极性氰基基团，通过与聚合物交联能提高隔膜的电解液润湿性，通过静电纺丝工艺制备的隔膜具有优异的空隙结构，提高锂离子的传输速度和迁移数，诱导锂离子均匀沉积，有效抑制枝晶生长；改性聚合物材料氰乙基醚化乙烯基聚乙烯与传统聚合物混纺改善电解液润湿性，提高电池倍率放电性能以及高倍率下循环性能，提高锂离子电池的电化学性能和循环寿命。
16、新型改性聚合物材料的引入提高了隔膜的液固界面浸润性，减少浸润过程时间，同时聚合物材料直接相互交联，提高隔膜的机械强度，增强稳定性。本申请合成的功能化混纺复合锂离子电池隔膜，具有良好的电解液润湿性，改善锂离子传输动力学，提高锂离子迁移率，优异的孔隙结构，降低局部电流密度，诱导锂离子均匀成核和沉积，减缓锂枝晶的形成，提高电池倍率放电性能以及高倍率下循环性能。
17、与现有技术相比，本申请所提供的功能化混纺复合锂离子电池隔膜具有如下优点：
18、(1)本申请改性聚合物材料氰乙基醚化乙烯基聚乙烯聚合物与传统聚合物交联显著提高了隔膜的浸润性，机械性能，增加电池能量密度。且其含有强极性官能团，改善锂离子传输动力学，提高电池倍率放电性能以及循环性能。
19、(2)采用静电纺丝混纺技术将改性聚合物本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功能化混纺复合锂离子电池隔膜，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的功能化混纺复合锂离子电池隔膜，其特征在于，
3.一种权利要求1～2任一项所述隔膜的制备方法，其特征在于，所述隔膜采用静电纺丝法制备，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：氰乙基醚化乙烯基聚乙烯聚合物的制备过程为，将聚醋酸乙烯、去离子水、丙烯腈、氢氧化钠加入烧瓶中，经一定温度下搅拌，进行氰乙基化反应，冷却降温后进行二段反应；然后加入醋酸，中和反应体系中的碱催化剂终止合成反应，接着加入适量去离子水，蒸馏回收过量的丙烯腈得氰乙基醚化乙烯基聚乙烯粗产物。粗产物氰乙基醚化乙烯基聚乙烯过量的丙酮溶液在一定温度下溶解，加入去离子水搅拌沉析洗涤，真空干燥，至产品中不再呈现出汽泡则干燥完毕；
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：上述步骤(2)中，
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：上述步骤(2)中，将静电纺丝液加入注射器中，铝箔覆于接收辊轴上，在适当的电压、接收距离和挤出速度下进行静电纺丝，收集复合膜；将收集到的复合膜
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：上述步骤(3)中，
8.一种权利要求1～2或权利要求3～7中任一项所述的功能化混纺复合锂离子电池隔膜的应用，其特征在于，作为隔膜应用于锂离子电池中。
...【技术特征摘要】
1.一种功能化混纺复合锂离子电池隔膜，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的功能化混纺复合锂离子电池隔膜，其特征在于，
3.一种权利要求1～2任一项所述隔膜的制备方法，其特征在于，所述隔膜采用静电纺丝法制备，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：氰乙基醚化乙烯基聚乙烯聚合物的制备过程为，将聚醋酸乙烯、去离子水、丙烯腈、氢氧化钠加入烧瓶中，经一定温度下搅拌，进行氰乙基化反应，冷却降温后进行二段反应；然后加入醋酸，中和反应体系中的碱催化剂终止合成反应，接着加入适量去离子水，蒸馏回收过量的丙烯腈得氰乙基醚化乙烯基聚乙烯粗产物。粗产物氰乙基醚化乙烯基聚乙烯过量的丙酮溶液在一定温度...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠伟，陈磊，梁朋超，窦浩桢，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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