CN104022245B - 高安全锂电池复合隔膜及其同轴静电纺丝制备法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高安全锂电池复合隔膜，由通过同轴熔融静电纺丝法制备的“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合纤维组成；其特征在于：复合纤维呈同心轴状，中间轴由聚对苯二甲酸乙二酯（PET）组成，直径为0.8~4μm，外层由聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP）组成，厚度为2~3μm。其具有非常高的机械强度和耐热温度，能够提高电池的安全性能，纤维外层材料是聚烯烃材料，即聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE），它们具有一定的闭孔保护功能，防止电池发生热失控；采用“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合纤维膜制作的锂电池具有非常高的机械强度以及安全性能，尤其适合锂离子动力电池。

Description

高安全锂电池复合隔膜及其同轴静电纺丝制备法
技术领域
本发明涉及一种高安全锂电池复合隔膜及其同轴静电纺丝制备法，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂电池是一种非常通用和常见的储能装置，近些年来已经在电子产品、移动电话、储能、电动汽车等领域得到了非常快速的发展。隔膜材料是锂电池非常重要的组成部分，直接影响着电池的循环寿命以及安全性能等指标。最初的锂电池隔膜为聚烯烃的PP或PE隔膜，但这种单一组分的隔膜不利于提高电池的安全性能。随后，美国Celgard公司推出了三层的PP/PE/PP复合隔膜，该隔膜可以在电池发生热失控之前实现闭孔保护和熔断保护功能，使得锂电池的安全性能得到了较大提高，并在很长一段时间内占据了大部分的锂电池隔膜市场。
近些年来，一些具有高机械强度和耐温的PET、PI等聚合物隔膜受到了人们的广泛关注，当使用这些材料作为锂电池的隔膜能够有效解决电池的安全性能。但是，单一的PET等隔膜作为锂电池隔膜时通常不具有闭孔特性，一但电池发生热失控效应，很难有效抑制着火和爆炸的危险。
为此，本专利借鉴Celgard复合隔膜原理，采用熔融同轴静电纺丝方法制备出“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合纤维膜，但此复合隔膜并非Celgard隔膜的三层结构，而是由具有同心轴状纤维无序编织而成，纤维中间轴材料为PET，具有非常高的机械强度和耐热温度，能够提高电池的安全性能。纤维外层材料是聚烯烃材料，即传统的聚丙烯PP或聚乙烯PE，它们具有一定的闭孔保护功能，防止电池发生热失控。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高安全锂电池复合隔膜及其同轴静电纺丝制备法，其具有非常高的机械强度和耐热温度，能够提高电池的安全性能，纤维外层材料是聚烯烃材料，即聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE），它们具有一定的闭孔保护功能，防止电池发生热失控；采用“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合纤维膜制作的锂电池具有非常高的机械强度以及安全性能，尤其适合锂离子动力电池。
本发明的技术方案是这样实现的：一种高安全锂电池复合隔膜，由通过同轴熔融静电纺丝法制备的“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合纤维组成；其特征在于：复合纤维呈同心轴状，中间轴由聚对苯二甲酸乙二酯（PET）组成，直径为0.8~4μm，外层由聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP）组成，厚度为2~3μm。
一种复合隔膜的同轴静电纺丝制备方法，其特征在于具体的制备步骤如下：
a）PET熔体制备：将市售PET颗粒置于240~285oC温度下进行加热，得熔融状态的PET熔体；
b）聚烯烃熔体制备：将聚烯烃粉末与液体石蜡按质量比m聚烯烃：m液体石蜡=1：（0.5~3）进行混合，然后置于180~220oC温度下进行加热，得熔融状态的聚烯烃熔体；
c）同轴静电纺丝：将步骤a）所制备的PET熔体置于同轴静电纺丝装置内针头注射器中，将步骤b）所制备的聚烯烃熔体置于同轴静电纺丝装置外针头注射器中进行静电纺丝，内针头孔径0.3~0.6mm，外针头孔径0.5~0.8mm，纺丝电压10~20kV，接收距离13~24cm，湿度25~45%；
d）洗涤、热压成膜：步骤c）所得静纺隔膜通过丙酮溶液进行清洗后，利用滚筒式热压机进行热压，热压温度为70~100oC，热压后即得“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合隔膜。
所述的步骤b）中的聚烯烃为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）中的一种或者两种的混合物。
本发明的积极效果是其采用“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合隔膜制作的锂电池具有非常高的机械强度以及安全性能，尤其适合锂离子动力电池。
附图说明
图1是本发明所述高安全锂电池复合隔膜的同轴静电纺丝模拟示意图，其中“1”为PET熔体，“2”为聚烯烃熔体，“3”为内针头，“4”为外针头，“5”为高压电源，“6”为加热丝。
图2是“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合纤维膜示意图，其中其中“1”为中间轴聚对苯二甲酸乙二酯（PET），“2”为外层聚烯烃材料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述：
实施例1
如图1-2所示，将市售PET颗粒置于285oC温度下进行加热，得熔融状态的PET熔体；将聚乙烯粉末与液体石蜡按质量比m聚乙烯：m液体石蜡=1：3进行混合，然后置于180oC温度下进行加热，得熔融状态的聚乙烯熔体；将PET熔体置于同轴静电纺丝装置内针头注射器中，将聚乙烯熔体置于同轴静电纺丝装置外针头注射器中进行静电纺丝，内针头孔径0.6mm，外针头孔径0.8mm，纺丝电压17kV，接收距离19cm，湿度30~45%；所得静纺隔膜通过丙酮溶液进行清洗后，利用滚筒式热压机进行热压，热压温度为100oC，热压后即得“聚对苯二甲酸乙二酯/聚乙烯”复合隔膜。
实施例2
将市售PET颗粒置于240oC温度下进行加热，得熔融状态的PET熔体；将聚丙烯粉末与液体石蜡按质量比m聚丙烯：m液体石蜡=2：1进行混合，然后置于220oC温度下进行加热，得熔融状态的聚丙烯熔体；将PET熔体置于同轴静电纺丝装置内针头注射器中，将聚丙烯熔体置于同轴静电纺丝装置外针头注射器中进行静电纺丝，内针头孔径0.3mm，外针头孔径0.5mm，纺丝电压20kV，接收距离13cm，湿度25~40%；所得静纺隔膜通过丙酮溶液进行清洗后，利用滚筒式热压机进行热压，热压温度为70oC，热压后即得“聚对苯二甲酸乙二酯/聚丙烯”复合隔膜。
实施例3
将市售PET颗粒置于250oC温度下进行加热，得熔融状态的PET熔体；将聚乙烯粉末、聚丙烯粉末与液体石蜡按质量比m聚乙烯：m聚丙烯：m液体石蜡=1：1.4进行混合，然后置于200oC温度下进行加热，得熔融状态的聚乙烯/聚丙烯混合熔体；将PET熔体置于同轴静电纺丝装置内针头注射器中，将聚乙烯/聚丙烯混合熔体置于同轴静电纺丝装置外针头注射器中进行静电纺丝，内针头孔径0.4mm，外针头孔径0.7mm，纺丝电压10kV，接收距离24cm，湿度30~40%；所得静纺隔膜通过丙酮溶液进行清洗后，利用滚筒式热压机进行热压，热压温度为90oC，热压后即得“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合隔膜。

Claims (3)

1.一种高安全锂电池复合隔膜，由通过同轴熔融静电纺丝法制备的“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合纤维组成；其特征在于：复合纤维呈同心轴状，中间轴由聚对苯二甲酸乙二酯（PET）组成，直径为0.8~4μm，外层由聚乙烯（PE）或者聚丙烯（PP）组成，厚度为2~3μm。
2.一种复合隔膜的同轴静电纺丝制备方法，其特征在于具体的制备步骤如下：
a）PET熔体制备：将市售PET颗粒置于240~285oC温度下进行加热，得熔融状态的PET熔体；
b）聚烯烃熔体制备：将聚烯烃粉末与液体石蜡按质量比m聚烯烃：m液体石蜡=1：（0.5~3）进行混合，然后置于180~220oC温度下进行加热，得熔融状态的聚烯烃熔体；
c）同轴静电纺丝：将步骤a）所制备的PET熔体置于同轴静电纺丝装置内针头注射器中，将步骤b）所制备的聚烯烃熔体置于同轴静电纺丝装置外针头注射器中进行静电纺丝，内针头孔径0.3~0.6mm，外针头孔径0.5~0.8mm，纺丝电压10~20kV，接收距离13~24cm，湿度25~45%；
d）洗涤、热压成膜：步骤c）所得静纺隔膜通过丙酮溶液进行清洗后，利用滚筒式热压机进行热压，热压温度为70~100oC，热压后即得“聚对苯二甲酸乙二酯/聚烯烃”复合隔膜。
3.根据权利要求2所述一种复合隔膜的同轴静电纺丝制备方法，其特征在于所述的步骤b）中的聚烯烃为聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）中的一种或者两种的混合物。
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