CN109461869A - 一种复合隔膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合隔膜，包括基层、混纺层和涂布层；所述基层为聚酰亚胺的纤维纺丝层，所述混纺层热压在基层的两个面上，所述混纺层为聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯‑六氟丙烯的混纺层，所述涂布层旋涂在混纺层表面，所述涂布层包括聚氨基甲酸脂一种复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：1)基层纺丝；2)混纺层纺丝；3)将混纺层热压在基层两面；4)涂布。其能够在水下使用，且温度过高时自动切断供电，机械强度和离子电导率高，使用寿命长。

Description

一种复合隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合隔膜，具体涉及一种复合隔膜及其制备方法。
背景技术
锂离子电池的电芯主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液组成。其中隔膜是电芯的重要组成部分，它能够将电池正负极隔开，且有电子绝缘性和离子导电性。隔膜的性能直接决定了锂电池的耐用性、安全性和稳定性。锂电池在作为动力电池时，常被用在恶劣的环境下。一般的锂电池不防水，且隔膜的机械强度不够，容易损坏。当电流过载发热时不能够自动切断供电，安全性低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种复合隔膜及其制备方法，其能够在水下使用，且温度过高时自动切断供电，机械强度和离子电导率高，使用寿命长。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合隔膜，包括基层、混纺层和涂布层；所述基层为聚酰亚胺的纤维纺丝层，所述混纺层热压在基层的两个面上，所述混纺层为聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的混纺层，所述涂布层旋涂在混纺层表面，所述涂布层包括聚氨基甲酸脂。
作为优选的，所述聚酰亚胺的纤维纺丝层的纤维直径为100nm～160nm，所述纤维纺丝层的层数为2～3层。
作为优选的，所述聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的质量比为1.5～2.3：1，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯的纤维丝中聚偏氟乙烯和六氟丙烯的质量比为2.9～3.3：1。
作为优选的，所述聚偏氟乙烯的纤维直径为50nm～80nm，聚偏氟乙烯-六氟丙烯的纤维直径为75nm～110nm。
作为优选的，所述混纺层的纤维层数为5～7层。
作为优选的，所述聚氨基甲酸脂的颗粒的直径为300nm～1000nm。
一种复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：
1)基层纺丝；
2)混纺层纺丝；
3)将混纺层热压在基层两面；
4)涂布。
作为优选的，所述基层纺丝包括以下步骤：
a.将聚酰亚氨粉末制成溶液，搅拌均匀；
b.将聚酰亚氨溶液置于静电纺丝装置中，进行喷丝；喷丝方向为自左而右，自上而下；喷丝时的静电压16～20KV，喷射速度0.5～0.6ml/h，接收距离为20cm；
c.一层纤维喷丝完成后，回至原点，继续进行自左而右、自上而下喷丝，直至纤维层数为2～3层；
将聚酰亚氨的纤维纺丝取出并放至氮气柜中，在40℃下干燥12h，即完成纺丝。
作为优选的，所述混纺层纺丝包括以下步骤：
a.将聚偏氟乙烯粉末制成溶液，搅拌均匀；
b.将聚偏氟乙烯粉末和六氟丙烯粉末混合，制成溶液，搅拌均匀，聚偏氟乙烯和六氟丙烯的质量比为2.9～3.3：1；
c.将聚偏氟乙烯溶液置于静电纺丝装置的其中一个针筒中，将聚偏氟乙烯-六氟丙烯混合溶液置于静电纺丝装置的另外一个针筒中，同时进行喷丝混纺；喷丝时的静电压19～25KV，接收距离为30cm，其中聚偏氟乙烯的喷射速度0.25～0.8ml/h，聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的质量比为1.5～2.3：1；
d.一层纤维喷丝完成后，回至原点，继续下一层喷丝，直至纤维层数为5～7层；
e.将混纺后的纤维丝取出并放至真空环境中，在60℃下干燥48h；
将混纺层热压，即完成混纺。
作为优选的，所述涂布包括以下步骤：
a.将聚氨基甲酸脂颗粒与粘结剂、溶剂和添加剂混合，搅拌均匀；
b.将混合溶液添加至涂布机上；
c.取出热压后的基层和混纺层，放置在涂布机上进行涂布；
d.涂布完成后，在氮气环境下静置晾干，完成涂布。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的复合隔膜具有良好的热稳定性和离子电导率，提高锂电池的使用寿命，且具有防水的特性，能够在水下使用。
2、本发明通过在混纺层表面涂布聚氨基甲酸脂，一方面，聚氨基甲酸脂在锂电池正常工作时，保持隔膜的收缩率不变，以保证隔膜的密封程度和离子电导率正常；另一方面，锂电池工作状态出现异常时，若温度超过80℃，将聚氨基甲酸脂软化，堵塞孔洞，使锂电池不再导电，起到了保护电池的作用。
3、本发明通过将基层和混纺层热压处理，使隔膜的机械强度得到了大幅度的提升；同时，因其为静电纺丝制成，具有较大的孔隙率，电阻极小。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还能够根据这些附图获得其他的附图。
图1为隔膜的结构示意图。
其中，10-基层，20-混纺层，30-涂布层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
参照图1所示，本发明公开了一种复合隔膜，包括基层10、混纺层20和涂布层30。
上述基层10包括聚酰亚胺的纤维纺丝层。其纤维直径为100nm～160nm。纤维纺丝的层数为2～3层。
上述混纺层20热压在基层10的两个侧面上。混纺层20包括聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的混纺层20。聚偏氟乙烯的纤维直径为50nm～80nm。聚偏氟乙烯-六氟丙烯的纤维直径为75nm～110nm。聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯通过静电纺丝将两种纤维织合在一起，其纤维层数为5～7层。聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的质量比为1.5～2.3：1。聚偏氟乙烯-六氟丙烯的纤维丝中，聚偏氟乙烯和六氟丙烯的质量比为2.9～3.3：1。
上述涂布层30旋涂在混纺层20表面。涂布层30包括聚氨基甲酸脂颗粒、粘结剂、溶剂和添加剂。聚氨基甲酸脂颗粒的直径为300nm～1000nm。
一种上述复合隔膜的制备方法，其步骤包括：
1)基层纺丝：
a.将聚酰亚氨粉末制成溶液，搅拌均匀；
b.将聚酰亚氨溶液置于静电纺丝装置中，进行喷丝；喷丝方向为自左而右，自上而下；喷丝时的静电压16～20KV，喷射速度0.5～0.6ml/h，接收距离为20cm；
c.一层纤维喷丝完成后，回至原点，继续进行自左而右、自上而下喷丝，直至纤维层数为2～3层；
d.将聚酰亚氨的纤维纺丝取出并放至氮气柜中，在40℃下干燥12h，即完成纺丝。
2)混纺层纺丝：
a.将聚偏氟乙烯粉末制成溶液，搅拌均匀；
b.将聚偏氟乙烯粉末和六氟丙烯粉末混合，制成溶液，搅拌均匀，聚偏氟乙烯和六氟丙烯的质量比为2.9～3.3：1；
c.将聚偏氟乙烯溶液置于静电纺丝装置的其中一个针筒中，将聚偏氟乙烯-六氟丙烯混合溶液置于静电纺丝装置的另外一个针筒中，同时进行喷丝混纺；喷丝时的静电压19～25KV，接收距离为30cm，其中聚偏氟乙烯的喷射速度0.25～0.8ml/h，聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的质量比为1.5～2.3：1；
d.一层纤维喷丝完成后，回至原点，继续下一层喷丝，直至纤维层数为5～7层；
e.将混纺后的纤维丝取出并放至真空环境中，在60℃下干燥48h；
f.将混纺层热压，即完成混纺。
3)热压：
a.取出两片混纺层，分别放置在基层两侧；
b.将其放置在热压机上进行热压。
4)涂布：
a.将聚氨基甲酸脂颗粒与粘结剂、溶剂和添加剂混合，搅拌均匀；
b.将混合溶液添加至涂布机上；
c.取出热压后的基层和混纺层，放置在涂布机上进行涂布；
d.涂布完成后，在氮气环境下静置晾干，完成涂布。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理能够在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种复合隔膜，其特征在于，包括基层、混纺层和涂布层；
所述基层为聚酰亚胺的纤维纺丝层，所述混纺层热压在基层的两个面上，所述混纺层为聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的混纺层，所述涂布层旋涂在混纺层表面，所述涂布层包括聚氨基甲酸脂。
2.如权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述聚酰亚胺的纤维纺丝层的纤维直径为100nm～160nm，所述纤维纺丝层的层数为2～3层。
3.如权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的质量比为1.5～2.3：1，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯的纤维丝中聚偏氟乙烯和六氟丙烯的质量比为2.9～3.3：1。
4.如权利要求3所述的复合隔膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯的纤维直径为50nm～80nm，聚偏氟乙烯-六氟丙烯的纤维直径为75nm～110nm。
5.如权利要求4所述的复合隔膜，其特征在于，所述混纺层的纤维层数为5～7层。
6.如权利要求1所述的复合隔膜，其特征在于，所述聚氨基甲酸脂的颗粒的直径为300nm～1000nm。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基层纺丝；
2)混纺层纺丝；
3)将混纺层热压在基层两面；
4)涂布。
8.如权利要求7所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述基层纺丝包括以下步骤：
a.将聚酰亚氨粉末制成溶液，搅拌均匀；
b.将聚酰亚氨溶液置于静电纺丝装置中，进行喷丝；喷丝方向为自左而右，自上而下；喷丝时的静电压16～20KV，喷射速度0.5～0.6ml/h，接收距离为20cm；
c.一层纤维喷丝完成后，回至原点，继续进行自左而右、自上而下喷丝，直至纤维层数为2～3层；
将聚酰亚氨的纤维纺丝取出并放至氮气柜中，在40℃下干燥12h，即完成纺丝。
9.如权利要求7所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述混纺层纺丝包括以下步骤：
a.将聚偏氟乙烯粉末制成溶液，搅拌均匀；
b.将聚偏氟乙烯粉末和六氟丙烯粉末混合，制成溶液，搅拌均匀，聚偏氟乙烯和六氟丙烯的质量比为2.9～3.3：1；
c.将聚偏氟乙烯溶液置于静电纺丝装置的其中一个针筒中，将聚偏氟乙烯-六氟丙烯混合溶液置于静电纺丝装置的另外一个针筒中，同时进行喷丝混纺；喷丝时的静电压19～25KV，接收距离为30cm，其中聚偏氟乙烯的喷射速度0.25～0.8ml/h，聚偏氟乙烯和聚偏氟乙烯-六氟丙烯的质量比为1.5～2.3：1；
d.一层纤维喷丝完成后，回至原点，继续下一层喷丝，直至纤维层数为5～7层；
e.将混纺后的纤维丝取出并放至真空环境中，在60℃下干燥48h；
将混纺层热压，即完成混纺。
10.如权利要求7所述的复合隔膜的制备方法，其特征在于，所述涂布包括以下步骤：
a.将聚氨基甲酸脂颗粒与粘结剂、溶剂和添加剂混合，搅拌均匀；
b.将混合溶液添加至涂布机上；
c.取出热压后的基层和混纺层，放置在涂布机上进行涂布；
d.涂布完成后，在氮气环境下静置晾干，完成涂布。
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