CN116864915A - 一种多功能锂电池复合隔膜及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电池隔膜技术领域，尤其涉及一种多功能锂电池复合隔膜及其制备方法和应用。本发明提供了一种多功能锂电池复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：将无机纳米颗粒分散液和芳纶纳米纤维溶液混合，得到复合溶液；将所述复合溶液进行真空抽滤后，进行干燥，得到芳纶纳米纤维/无机纳米颗粒复合隔膜。所述制备方法制备得到的多功能锂电池复合隔膜拥有均匀分布的纳米孔隙，机械强度高，热稳定性好，对锂枝晶起到阻止作用，从而改善锂离子电池的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及电池隔膜技术领域，尤其涉及一种多功能锂电池复合隔膜及其制备方法和应用。
背景技术
随着能源系统的革新，大规模电网储能、新能源电动汽车等行业迅速发展。现有的锂离子电池能量密度已经无法满足以上行业的发展需求。因此，人们开始考虑使用金属锂作为电池负极材料来提升电池的能量密度。金属锂具有较高的理论比容量(3860mAh/g或2061mAh/cm3)和最低的化学电位(-3.04Vvs.标准氢电极)，是最具有应用前景的负极材料之一。但由于其存在锂枝晶、死锂问题，二次金属锂电池的应用受到了很大阻碍。而且，随着电池能量密度的提高，锂电池的安全问题愈发引起人们的关注。
目前在解决锂枝晶问题时，常通过负极表面修饰(如形成人工SEI膜)、负极结构设计(构建三维多孔骨架)等方法来抑制锂枝晶的生长，但存在厚度、孔隙等参数难以精确控制、制备过程复杂、影响电池能量密度等缺点；采用固态电解质也可以在一定程度上抑制枝晶生长，但存在离子电导率低、与电极界面阻抗大等问题；采用具有亲锂性官能团的隔层，能够有效诱导锂离子的均匀分布和沉积，但会增加电池制备工艺、降低电池能量密度。
商用的聚丙烯和聚乙烯隔膜存在孔隙尺寸较大(上百纳米)且不均匀、机械强度低(小于10MPa)、离子电导率低、热稳定性差等缺点，不能抑制枝晶生长，而且容易引起内部短路、热失控问题。对隔膜进行表面物理包覆和化学修饰等改性方法可一定程度上抑制锂枝晶，并提高电池的热稳定性，但存在堵塞隔膜孔隙、破坏隔膜微观结构、操作工艺复杂、成本高、环境污染、表面修饰层脱落等问题。因此，亟待开发一种机械强度高、热稳定好、离子电导率高、能抑制枝晶生长的隔膜及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能锂电池复合隔膜及其制备方法和应用，所述制备方法制备得到的多功能锂电池复合隔膜拥有均匀分布的纳米孔隙，机械强度高，热稳定性好。基于该复合隔膜的对锂电池能在1mA/cm2的电流密度下稳定循环2000h以上，对锂枝晶起到很好的抑制作用，能够防止电池内短路和热失控，有效改善锂离子电池的安全性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种多功能锂电池复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：
将无机纳米颗粒分散液与芳纶纳米纤维溶液混合，得到复合溶液；
将所述复合溶液进行真空抽滤后，进行干燥，得到芳纶纳米纤维/无机纳米颗粒复合隔膜。
优选的，所述无机纳米颗粒分散液中的无机纳米颗粒的浓度≤20mg/mL。
优选的，所述无机纳米颗粒包括磷酸钛铝锂、氯化铝、蒙脱石、氮化硼和氧化石墨烯中的一种或几种。
优选的，所述芳纶纳米纤维溶液包括芳纶纤维、氢氧化钾和二甲基亚砜；
所述芳纶纤维和氢氧化钾的质量比为1:(0.2～1)；
所述芳纶纤维和二甲基亚砜的质量比为1:(1705～3410)。
优选的，所述无机纳米颗粒分散液中的无机纳米颗粒和芳纶纳米纤维溶液中的芳纶纳米纤维的质量比≤4:3。
优选的，所述混合在搅拌的条件下进行；
所述搅拌的时间≥24h。
优选的，所述干燥包括依次进行的常温常压干燥和真空干燥。
优选的，所述真空干燥的温度≤60℃，时间≥48h。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的多功能锂电池复合隔膜。
本发明还提供了上述技术方案所述多功能锂电池复合隔膜在锂离子电池中的应用。
本发明提供了一种多功能锂电池复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：将无机纳米颗粒分散液与芳纶纳米纤维溶液混合，得到复合溶液；将所述复合溶液进行真空抽滤后，进行干燥，得到芳纶纳米纤维/无机纳米颗粒复合隔膜。本发明所述制备方法以具有比强度高、酰胺基团丰富和热稳定性好等优势的芳纶纳米纤维作为隔膜基材，利用其丰富的官能团能够调控阴阳离子的分布，使锂离子沉积更加均匀，而且芳纶纳米纤维较高的机械强度对锂枝晶生长具有较强抑制作用；此外，添加具有热稳定性好、杨氏模量高的无机纳米颗粒组分，获得具有力学强度(拉伸强度高达33.3MPa，杨氏模量高达2.5GPa)、热稳定性(热分解温度高达600℃)和离子电导率等性能优异的复合隔膜，并使得复合隔膜拥有均匀分布的纳米孔隙，对锂枝晶起到阻止作用，从而改善锂离子电池的安全性能。
附图说明
图1为对比例1所述芳纶纳米纤维隔膜的SEM图；
图2为实施例1所述含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜的SEM图；
图3为实施例2所述含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜的SEM图；
图4为实施例3所述含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜的SEM图；
图5为实施例4所述含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜的SEM图；
图6为对比例1所述芳纶纳米纤维隔膜的拉伸应力-应变曲线；
图7为实施例1所述含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜的拉伸应力-应变曲线；
图8为实施例2所述含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜的拉伸应力-应变曲线；
图9为实施例3所述含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜的拉伸应力-应变曲线；
图10为实施例4所述含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜的拉伸应力-应变曲线；
图11为实施例1～4所述多功能锂电池复合隔膜的室温离子电导率；
图12为对比例1和实施例1～4所述多功能锂电池复合隔膜在不同温度下的光学照片；
图13为基于实施例5所述的多功能锂电池复合隔膜的对锂电池充放电循环测试图。
具体实施方式
本发明提供了一种多功能锂电池复合隔膜的制备方法，包括以下步骤：
将无机纳米颗粒分散液与芳纶纳米纤维溶液混合，得到复合溶液；
将所述复合溶液进行真空抽滤后，进行干燥，得到芳纶纳米纤维/无机纳米颗粒复合隔膜。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明将无机纳米颗粒分散液和芳纶纳米纤维溶液混合，得到复合溶液。
在本发明中，所述无机纳米颗粒分散液中的无机纳米颗粒的浓度优选≤20mg/mL，更优选为1～20mg/mL，最优选为10～20mg/mL。在本发明中，所述无机纳米颗粒优选包括磷酸钛铝锂、氯化铝、蒙脱石、氮化硼和氧化石墨烯中的一种或几种，当所述无机纳米颗粒为上述具体选择中的两种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述无机纳米颗粒分散液还优选包括溶剂，所述溶剂优选包括超纯水或N-甲基吡咯烷酮。
在本发明中，所述无机纳米颗粒分散液的制备方法优选包括将无机纳米颗粒和溶剂混合，依次进行超声和搅拌，得到所述无机纳米颗粒分散液。进行混合前，本发明还优选包括将所述无机纳米颗粒进行干燥；所述干燥的温度优选为55～65℃，更优选为60～65℃，最优选为65℃，时间优选为8～12h，更优选为8～10h，最优选为8h。在本发明中，所述超声的频率优选为20～40kHz，更优选为30～40kHz，最优选为40kHz；所述超声的时间优选为30～60min，更优选为30～40min，最优选为30min；所述搅拌优选在常温的条件下进行；所述搅拌的时间优选为20～30h，更优选为22～24h，最优选为24h。
在本发明中，所述芳纶纳米纤维溶液优选包括芳纶纤维、氢氧化钾和二甲基亚砜；所述芳纶纤维、氢氧化钾和二甲基亚砜的质量比优选为1:(0.2～1):(1705～3410)，更优选为1:1:2273。
在本发明中，所述芳纶纳米纤维溶液的制备方法优选包括将芳纶纤维和氢氧化钾的二甲基亚砜溶液混合后，经二甲基亚砜稀释，得到所述芳纶纳米纤维溶液；在本发明中，所述含氢氧化钾的二甲基亚砜溶液中氢氧化钾的浓度优选为0.01～0.02mg/mL，更优选为0.015～0.02mg/mL，最优选为0.015mg/mL；所述芳纶纤维和含氢氧化钾的二甲基亚砜溶液中的氢氧化钾的质量比优选为1:(0.2～1)，更优选为1:1。在本发明中，所述混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的温度优选为常温，时间优选为2～7天，更优选为3～6天，最优选为4～5天。
在本发明中，所述无机纳米颗粒分散液中的无机纳米颗粒和芳纶纳米纤维溶液中的芳纶纳米纤维的质量比优选≤4:3，更优选为(2～4):3，最优选为4:3。
在本发明中，所述无机纳米颗粒分散液和芳纶纳米纤维溶液的混合优选在搅拌的条件下进行，所述搅拌的时间优选≥24h，更优选为24h。
得到复合溶液后，本发明将所述复合溶液进行真空抽滤后，进行干燥，得到芳纶纳米纤维/无机纳米颗粒复合隔膜。
进行真空抽滤前，本发明还优选为将所述复合溶液和超纯水混合，进行常温搅拌。在本发明中，所述混合后得到的混合液中无机纳米颗粒的浓度优选≤0.49mg/mL，更优选为0.24～0.49mg/mL，最优选为0.49mg/mL。
在本发明中，所述真空抽滤的过程优选为将所述混合液倒入抽滤瓶中的尼龙膜上，采用真空抽滤机进行真空抽滤；所述真空抽滤的时间优选为1.6～2h，更优选为1.8～2h，最优选为2h。
所述真空抽滤完成后，本发明还优选包括将尼龙膜与附着在上面的隔膜一并取下，在浓度为2wt％的盐酸溶液中浸泡半小时后，将隔膜从尼龙膜上揭下。
进行所述干燥前，本发明优选将所述隔膜在超纯水中浸泡；所述浸泡的时间优选为12～16h，更优选为12～14h，最优选为12h。
在本发明中，所述干燥优选包括依次进行的常温常压干燥和真空干燥；所述常温常压干燥的时间优选为1～3h，更优选为2～3h，最优选为3h。所述常温常压干燥后，本发明优选将干燥后的隔膜的两面贴上特氟龙膜，并夹在两片玻璃板中间，四周用金属夹夹紧。在本发明中，所述真空干燥的温度优选≤60℃，更优选为60℃；时间优选≥48h，更优选为48h。
本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的多功能锂电池复合隔膜。
本发明还提供了上述技术方案所述多功能锂电池复合隔膜在锂离子电池中的应用。本发明对所述应用的方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法进行即可。
下面结合实施例对本发明提供的多功能锂电池复合隔膜及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将0.05g磷酸钛铝锂(LATP)纳米颗粒放入65℃恒温干燥箱里干燥8h，得到干燥后的磷酸钛铝锂纳米颗粒；
将0.005g干燥后的磷酸钛铝锂纳米颗粒和1mL超纯水混合，加入磁子并封上口，40kHz超声30min后磁力搅拌24h，得到磷酸钛铝锂分散液；
将1.5g芳纶纤维和100mL浓度为0.015mg/mL的氢氧化钾溶液混合，在25℃的温度中搅拌7天后，用滴管抽取1mL得到的溶液倒入装有30mL二甲基亚砜(DMSO)的试剂瓶中，加入磁子，常温搅拌24h后，得到芳纶纳米纤维溶液(芳纶纤维和氢氧化钾的质量比为1:1，芳纶纤维和二甲基亚砜的质量比为1:2273)；
将所述磷酸钛铝锂分散液加入所述芳纶纳米纤维溶液中，常温搅拌24h，得到含有LATP的芳纶纳米纤维复合溶液；
将9mL超纯水加入所述含有LATP的芳纶纳米纤维复合溶液中，常温搅拌24h，使其混合均匀，将得到的混合溶液倒入抽滤瓶中的尼龙膜上，采用真空抽滤机进行真空抽滤2h，将尼龙膜与附着在上面的隔膜一并取下，浸泡在浓度为2wt％的盐酸溶液中半小时后，将隔膜从尼龙膜上揭下，得到隔膜；
将所述隔膜在超纯水中浸泡12h后，放置于一片特氟龙上在常温常压下干燥3h，将隔膜的两面贴上特氟龙膜，并夹在两片玻璃板中间，四周用金属夹夹紧，60℃真空干燥48h，得到多功能锂电池复合隔膜(含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜)；
图2为所述含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜的SEM图，由图2可知，磷酸钛铝锂颗粒均匀分布在层层堆叠的芳纶纳米纤维中，大部分被芳纶纳米纤维完全包覆，复合隔膜的表面较对比例1中的隔膜粗糙；
图7为所述含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜的拉伸应力-应变曲线，由图7可知，所述含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜的极限拉伸强度和杨氏模量分别达到19.3MPa和1.0GPa。
实施例2
将0.05g磷酸钛铝锂(LATP)纳米颗粒放入65℃恒温干燥箱里干燥8h，得到干燥后的磷酸钛铝锂纳米颗粒；
将0.01g干燥后的磷酸钛铝锂纳米颗粒和1mL超纯水混合，加入磁子并封上口，40kHz超声30min后磁力搅拌24h，得到磷酸钛铝锂分散液；
将1.5g芳纶纤维和100mL浓度为0.015mg/mL的氢氧化钾溶液混合，在25℃的温度中搅拌7天后，用滴管抽取1mL得到的溶液倒入装有30mL二甲基亚砜(DMSO)的试剂瓶中，加入磁子，常温搅拌24h后，得到芳纶纳米纤维溶液(芳纶纤维和氢氧化钾的质量比为1:1，芳纶纤维和二甲基亚砜的质量比为1:2273)；
将所述磷酸钛铝锂分散液加入所述芳纶纳米纤维溶液中，常温搅拌24h，得到含有LATP的芳纶纳米纤维复合溶液；
将9mL超纯水加入所述含有LATP的芳纶纳米纤维复合溶液中，常温搅拌24h，使其混合均匀，将得到的混合溶液倒入抽滤瓶中的尼龙膜上，采用真空抽滤机进行真空抽滤2h，将尼龙膜与附着在上面的隔膜一并取下，浸泡在浓度为2wt％的盐酸溶液中半小时后，将隔膜从尼龙膜上揭下，得到隔膜；
将所述隔膜在超纯水中浸泡12h后，放置于一片特氟龙上在常温常压下干燥3h，将隔膜的两面贴上特氟龙膜，并夹在两片玻璃板中间，四周用金属夹夹紧，60℃真空干燥48h，得到多功能锂电池复合隔膜(含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜)；
图3为所述含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜的SEM图，由图3可知，随着磷酸钛铝锂含量的上升，磷酸钛铝锂纳米颗粒在层间堆积的越多,复合隔膜的厚度增加，表面更加粗糙；
图8为所述含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜的拉伸应力-应变曲线，由图8可知，所述含有磷酸钛铝锂纳米颗粒的芳纶纳米纤维隔膜的极限拉伸强度和杨氏模量分别达到33.3MPa和2.6GPa。
实施例3
将0.05g氮化硼(BN)纳米片放入65℃恒温干燥箱里干燥8h，得到干燥后的氮化硼纳米片；
将0.005g干燥后的氮化硼纳米片和1mLN-甲基吡咯烷酮混合，加入磁子并封上口，40kHz超声30min后磁力搅拌24h，得到氮化硼分散液；
将1.5g芳纶纤维和100mL浓度为0.015mg/mL的氢氧化钾溶液混合，在25℃的温度中搅拌7天后，用滴管抽取1mL得到的溶液倒入装有30mL二甲基亚砜(DMSO)的试剂瓶中，加入磁子，常温搅拌24h后，得到芳纶纳米纤维溶液(芳纶纤维和氢氧化钾的质量比为1:1，芳纶纤维和二甲基亚砜的质量比为1:2273)；
将所述氮化硼分散液加入所述芳纶纳米纤维溶液中，常温搅拌24h，得到含有BN的芳纶纳米纤维复合溶液；
将9mL超纯水加入所述含有BN的芳纶纳米纤维复合溶液中，常温搅拌24h，使其混合均匀，将得到的混合溶液倒入抽滤瓶中的尼龙膜上，采用真空抽滤机进行真空抽滤2h，将尼龙膜与附着在上面的隔膜一并取下，浸泡在浓度为2wt％的盐酸溶液中半小时后，将隔膜从尼龙膜上揭下，得到隔膜；
将所述隔膜在超纯水中浸泡12h后，放置于一片特氟龙上在常温常压下干燥3h，将隔膜的两面贴上特氟龙膜，并夹在两片玻璃板中间，四周用金属夹夹紧，60℃真空干燥48h，得到多功能锂电池复合隔膜(含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜)；
图4为所述含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜的SEM图，由图4可知，氮化硼均匀分布在层层堆叠的芳纶纳米纤维中，大部分被芳纶纳米纤维完全包覆，复合隔膜的表面较对比例1中的隔膜粗糙；
图9为所述含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜的拉伸应力-应变曲线，由图9可知，所述含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜的极限拉伸强度和杨氏模量分别达到37.5MPa和2.7GPa。
实施例4
将0.05g氮化硼(BN)纳米片放入65℃恒温干燥箱里干燥8h，得到干燥后的氮化硼纳米片；
将0.01g干燥后的氮化硼纳米片和1mLN-甲基吡咯烷酮混合，加入磁子并封上口，40kHz超声30min后磁力搅拌24h，得到氮化硼分散液；
将1.5g芳纶纤维和100mL浓度为0.015mg/mL的氢氧化钾溶液混合，在25℃的温度中搅拌7天后，用滴管抽取1mL得到的溶液倒入装有30mL二甲基亚砜(DMSO)的试剂瓶中，加入磁子，常温搅拌24h后，得到芳纶纳米纤维溶液(芳纶纤维和氢氧化钾的质量比为1:1，芳纶纤维和二甲基亚砜的质量比为1:2273)；
将所述氮化硼分散液加入所述芳纶纳米纤维溶液中，常温搅拌24h，得到含有BN的芳纶纳米纤维复合溶液；
将9mL超纯水加入所述含有BN的芳纶纳米纤维复合溶液中，常温搅拌24h，使其混合均匀，将得到的混合溶液倒入抽滤瓶中的尼龙膜上，采用真空抽滤机进行真空抽滤2h，将尼龙膜与附着在上面的隔膜一并取下，浸泡在浓度为2wt％的盐酸溶液中半小时后，将隔膜从尼龙膜上揭下，得到隔膜；
将所述隔膜在超纯水中浸泡12h后，放置于一片特氟龙上在常温常压下干燥3h，将隔膜的两面贴上特氟龙膜，并夹在两片玻璃板中间，四周用金属夹夹紧，60℃真空干燥48h，得到多功能锂电池复合隔膜(含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜)；
图5为所述含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜的SEM图，由图5可知，随着氮化硼含量的上升，氮化硼在层间堆积的越多,复合隔膜的厚度增加，表面更加粗糙；
图10为所述含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜的拉伸应力-应变曲线，由图10可知，所述含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜的极限拉伸强度和杨氏模量分别达到35.2MPa和2.5GPa。
实施例5
将0.05g氮化硼(BN)纳米片放入65℃恒温干燥箱里干燥8h，得到干燥后的氮化硼纳米片；
将0.02g干燥后的氮化硼纳米片和1mLN-甲基吡咯烷酮混合，加入磁子并封上口，40kHz超声30min后磁力搅拌24h，得到氮化硼分散液；
将1.5g芳纶纤维和100mL浓度为0.015mg/mL的氢氧化钾溶液混合，在25℃的温度中搅拌7天后，用滴管抽取1mL得到的溶液倒入装有30mL二甲基亚砜(DMSO)的试剂瓶中，加入磁子，常温搅拌24h后，得到芳纶纳米纤维溶液(芳纶纤维和氢氧化钾的质量比为1:1，芳纶纤维和二甲基亚砜的质量比为1:2273)；
将所述氮化硼分散液加入所述芳纶纳米纤维溶液中，常温搅拌24h，得到含有BN的芳纶纳米纤维复合溶液；
将9mL超纯水加入所述含有BN的芳纶纳米纤维复合溶液中，常温搅拌24h，使其混合均匀，将得到的混合溶液倒入抽滤瓶中的尼龙膜上，采用真空抽滤机进行真空抽滤2h，将尼龙膜与附着在上面的隔膜一并取下，浸泡在浓度为2wt％的盐酸溶液中半小时后，将隔膜从尼龙膜上揭下，得到隔膜；
将所述隔膜在超纯水中浸泡12h后，放置于一片特氟龙上在常温常压下干燥3h，将隔膜的两面贴上特氟龙膜，并夹在两片玻璃板中间，四周用金属夹夹紧，60℃真空干燥48h，得到多功能锂电池复合隔膜(含有氮化硼纳米片的芳纶纳米纤维隔膜)。
对比例1
将1.5g芳纶纤维和100mL浓度为0.015mg/mL的氢氧化钾溶液混合，在25℃的温度中搅拌7天后，用滴管抽取1mL得到的溶液倒入装有30mL二甲基亚砜(DMSO)的试剂瓶中，加入磁子，常温搅拌24h后，得到芳纶纳米纤维溶液(芳纶纤维和氢氧化钾的质量比为1:1，芳纶纤维和二甲基亚砜的质量比为1:2273)；
加入10mL超纯水，常温搅拌24h，得到混合溶液。将所述混合溶液倒入抽滤瓶中的尼龙膜上，采用真空抽滤机进行真空抽滤2h，将尼龙膜与附着在上面的隔膜一并取下，浸泡在浓度为2wt％的盐酸溶液中半小时后，将隔膜从尼龙膜上揭下，得到隔膜；
将所述隔膜在超纯水中浸泡12h后，放置于一片特氟龙上在常温常压下干燥3h，将隔膜的两面贴上特氟龙膜，并夹在两片玻璃板中间，四周用金属夹夹紧，60℃真空干燥48h，得到芳纶纳米纤维隔膜；
图1为对比例1所述芳纶纳米纤维隔膜的SEM图，由图1可知，所述芳纶纳米纤维隔膜的横截面为层状结构，表面光滑平整、存在大量孔隙；
图6为对比例1所述芳纶纳米纤维隔膜的拉伸应力-应变曲线，由图6可知，所述芳纶纳米纤维隔膜的极限拉伸强度和杨氏模量分别达到54.8MPa和0.65GPa。
测试例
图11为实施例1～4所述多功能锂电池复合隔膜的室温离子电导率(其中LATP5为实施例1，LATP10为实施例2，BN5为实施例3，BN10为实施例4)，由图11可知，实施例1～4所述的多功能锂电池复合隔膜的室温离子电导率分别为0.18、0.15、0.17和0.16mS/cm；
图12为对比例1所述芳纶纳米纤维和实施例1～4所述多功能锂电池复合隔膜在不同温度下的光学照片(其中LATP0为对比例1，LATP5为实施例1，LATP10为实施例2，BN5为实施例3，BN10为实施例4)，由图12可知，对比例1和实施例1～4所述多功能锂电池复合隔膜拥有优良的热学性能，在高温下仍然不融化、形状和尺寸基本不变；
图13为基于实施例5所述多功能锂电池复合隔膜的对锂电池充放电循环测试图，由图13可知，基于该复合隔膜的对锂电池能在1mA/cm2的电流密度下稳定循环2000h以上。这说明该复合隔膜对锂枝晶起到阻止作用，有效改善了锂离子电池的安全性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原来的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多功能锂电池复合隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将无机纳米颗粒分散液与芳纶纳米纤维溶液混合，得到复合溶液；
将所述复合溶液进行真空抽滤后，进行干燥，得到芳纶纳米纤维/无机纳米颗粒复合隔膜。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机纳米颗粒分散液中的无机纳米颗粒的浓度≤20mg/mL。
3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述无机纳米颗粒包括磷酸钛铝锂、氯化铝、蒙脱石、氮化硼和氧化石墨烯中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述芳纶纳米纤维溶液包括芳纶纤维、氢氧化钾和二甲基亚砜；
所述芳纶纤维和氢氧化钾的质量比为1:(0.2～1)；
所述芳纶纤维和二甲基亚砜的质量比为1:(1705～3410)。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述无机纳米颗粒分散液中的无机纳米颗粒和芳纶纳米纤维溶液中的芳纶纳米纤维的质量比≤4:3。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合在搅拌的条件下进行；
所述搅拌的时间≥24h。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥包括依次进行的常温常压干燥和真空干燥。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述真空干燥的温度≤60℃，时间≥48h。
9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的多功能锂电池复合隔膜。
10.权利要求9所述多功能锂电池复合隔膜在锂离子电池中的应用。
Priority Applications (1)
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| CN202311043104.6A CN116864915A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 一种多功能锂电池复合隔膜及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202311043104.6A CN116864915A (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 一种多功能锂电池复合隔膜及其制备方法和应用 |
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| CN116864915A true CN116864915A (zh) | 2023-10-10 |
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2023
- 2023-08-18 CN CN202311043104.6A patent/CN116864915A/zh active Pending
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