CN110233222A - 一种制备高力学性能电池隔膜的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备高力学性能电池隔膜的方法，该方法利用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)中的氰酸酯基与聚乙烯‑乙烯醇磺酸锂(EVOH‑SO3Li)纤维膜上的羟基之间发生反应生成氨脂基，使得聚乙烯‑乙烯醇磺酸锂(EVOH‑SO3Li)纤维之间发生交联从而制成一种新的隔膜，弥补了高压静电纺丝隔膜力学性能差的缺点，实现了锂离子电池隔膜更高的强度与韧性。该方法包括如下步骤：(1)聚乙烯‑乙烯醇磺酸锂(EVOH‑SO3Li)的制备(2)配置聚乙烯‑乙烯醇磺酸锂(EVOH‑SO3Li)纺丝液并通过高压静电纺丝制备成纤维膜(3)制备二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)交联改性静电纺聚乙烯‑乙烯醇磺酸锂(EVOH‑SO3Li)锂离子电池隔膜。

Description

一种制备高力学性能电池隔膜的方法
技术领域
本发明采用高压静电纺丝技术，利用二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)中的氰酸酯基与聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)纤维膜上的羟基之间发生反应生成氨酯基，使得聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)纤维之间发生交联从而制成一种新的隔膜，弥补了静电纺丝隔膜力学性能差的缺点，在动力锂离子电池领域有着广泛的应用前景。
背景技术
随着对环境的重视和对可持续发展能源的开发，锂离子电池储能技术在现代运输、电力电网和新能源开发等领域中正发挥着越来越重要的作用。锂离子电池发展至今，已广泛用于手机、移动电脑等便携式用电设备，甚至开始向动力汽车、智能电网等领域普及。而隔膜是锂离子电池结构中的重要组成部分，处在电池正负极之间，起到避免电极短路的作用。传统上通过干法或湿法制备的聚烯烃隔膜因良好化学稳定性而成为主要的隔膜，但其热稳定性差、孔隙率低、吸液率差等缺点限制了锂离子电池的性能，并且易导致电池的安全性问题，而且电池隔膜在电池充放电过程中容易被锂枝晶刺穿从而导致电池短路这一严重问题。因此，动力锂电池要求其使用的隔膜除了具有普通隔膜的基本性能外，还应具有更优异的力学性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于高压静电纺丝技术制备高力学性能电池隔膜的新方法上述目的通过以下技术步骤来实现：
(1)聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)的制备
(2)配置聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)纺丝液并通过高压静电纺丝制备成纤维膜
(3)制备二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)交联改性静电纺聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)锂离子电池隔膜。
有益效果：EVOH-SO3Li是EVOH经过接枝锂离子后形成的离子型聚合物，有大量的极性锂离子，与电解液有着良好的相容性，大幅度提高了储存电解液的能力，是一种理想的锂离子电池隔膜材料，但是经高压静电纺丝法制成的EVOH-SO3Li隔膜的力学性能较差。而MDI中的氰酸酯基与EVOH-SO3Li纤维膜上的羟基之间可以发生反应生成氨酯基，使得EVOH-SO3Li纤维之间发生交联。最终得到的MDI交联改性静电纺EVOH-SO3Li锂离子电池隔膜中，纤维直径不仅能有所增加并且纤维与纤维之间形成了立体的三维网状结构，另外MDI中含有苯环，这些因素综合提高了聚合物的柔韧性与强度。成膜后具有力学性能优异，与锂电池正负极的相容性较好、界面阻抗低和离子电导率高等优点。综上，本文将通过高压静电纺丝制得的EVOH-SO3Li纤维膜与MDI反应，制备出一种具有高力学性能的电池隔膜材料。
具体实施方式
1.一种制备高耐热高强度电池隔膜的新方法，其特征是：
(1)聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)的制备
(2)配置聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)纺丝液并通过高压静电纺丝制备成纤维膜
(3)制备二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)交联改性静电纺聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)锂离子电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的制备高力学性能电池隔膜的新方法，其特征是：所述的“聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)的制备”：首先称取10g乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)溶于60ml的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，再称取5.72g叔丁醇锂与8.72g 1，3-丙烷磺酸内酯(1,3-PS)溶于60ml的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，最后将两种溶液置于60℃水浴锅中搅拌；在60℃水浴锅中充分搅拌溶解3-6h后将叔丁醇锂与1，3-丙烷磺酸内酯反应后的混合溶液加入EVOH溶液中，而后继续在60℃水浴锅中搅拌3～6h使其充分的反应；将得到的反应溶液慢慢倒入不断被搅拌的丙酮中洗涤后得到黄白色块状固体，将其放入60℃的烘箱中48h使丙酮充分挥发从而得到聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)。
3.根据权利要求1所述的制备高力学性能电池隔膜的新方法，其特征是：所述的“配置聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)纺丝液并通过高压静电纺丝制备成纤维膜”：称取6g聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)于50ml的三口瓶中，而后加入14g的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂，在60℃水浴锅中搅拌3～6h后使聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)充分溶解，将其倒出静置12h消泡后备用；用一次性的注射器抽取适量静置消泡后的聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)纺丝液，将其安装在推进泵上，设置纺丝机工艺参数：室温条件下，湿度20-30％，工作电压19.10-20.10kV，板间距15cm，纺丝速率为0.5m L/h。启动高压静电纺丝机，在接收滚筒处收集4h后得到聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)纤维膜。
4.根据权利要求1所述的制备高耐热高强度电池隔膜的新方法，其特征是：所述的“制备二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)交联改性静电纺聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)锂离子电池隔膜”：首先将聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)纤维膜放入到托盘中，而后将1g二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)溶于100ml的丙酮中，待充分搅拌之后将二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)溶液倒入托盘然后密封保存反应4h；反应后将膜取出放置到聚四氟乙烯板上，在室温条件下晾干使丙酮充分挥发得到二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)交联改性静电纺聚乙烯-乙烯醇磺酸锂(EVOH-SO3Li)锂离子电池隔膜。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种制备高力学性能电池隔膜的新方法，其特征是：
（1）聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）的制备
（2）配置聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）纺丝液并通过高压静电纺丝制备成纤维膜
（3）制备二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）交联改性静电纺聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）锂离子电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的制备高力学性能电池隔膜的新方法，其特征是：所述的“聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）的制备”：首先称取 10 g 乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)溶于60 ml的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，再称取 5.72 g 叔丁醇锂与8.72g 1，3-丙烷磺酸内酯（1,3-PS）溶于60ml的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂中，最后将两种溶液置于 60 ℃水浴锅中搅拌；在 60℃水浴锅中充分搅拌溶解 3-6 h 后将叔丁醇锂与1，3-丙烷磺酸内酯反应后的混合溶液加入EVOH 溶液中，而后继续在 60℃水浴锅中搅拌 3~6h使其充分的反应；将得到的反应溶液慢慢倒入不断被搅拌的丙酮中洗涤后得到黄白色块状固体，将其放入 60℃的烘箱中 48 h 使丙酮充分挥发从而得到聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）。
3.根据权利要求1所述的制备高力学性能电池隔膜的新方法，其特征是：所述的“配置聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）纺丝液并通过高压静电纺丝制备成纤维膜”：称取6g聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）于50ml的三口瓶中，而后加入14 g的N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)溶剂，在60℃水浴锅中搅拌 3~6h后使聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）充分溶解，将其倒出静置12h消泡后备用；用一次性的注射器抽取适量静置消泡后的聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）纺丝液，将其安装在推进泵上，设置纺丝机工艺参数：室温条件下，湿度20-30%，工作电压19.10-20.10kV，板间距15 cm，纺丝速率为0.5 m L/h；启动高压静电纺丝机，在接收滚筒处收集4 h后得到聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）纤维膜。
4.根据权利要求1所述的制备高力学性能电池隔膜的新方法，其特征是：所述的“制备二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）交联改性静电纺聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）锂离子电池隔膜”：首先将聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）纤维膜放入到托盘中，而后将1g二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）溶于100ml的丙酮中，待充分搅拌之后将二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）溶液倒入托盘然后密封保存反应4h；反应后将膜取出放置到聚四氟乙烯板上，在室温条件下晾干使丙酮充分挥发得到二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）交联改性静电纺聚乙烯-乙烯醇磺酸锂（EVOH-SO3Li）锂离子电池隔膜。
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