一種雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的製備方法及裝置製造方法
2023-09-10 08:02:00 2
一種雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的製備方法及裝置製造方法
【專利摘要】一種雙向增強型靜電紡電池隔膜的製備方法及裝置，其特徵在於：所述的隔膜為一種三層複合纖維膜，是在平行電極為接收端的靜電紡絲裝置中完成的。其中，下層、上層是無規取向纖維膜，由平行電極在電極所在平面旋轉狀態下製得，中間層是十字交叉取向排列的纖維膜，由平行電極靜止接收一段時間後再繞電極所在平面旋轉90°後並靜止接收一段時間而得到。該隔膜孔隙率高達55-85％，其縱橫向上的拉伸斷裂強度相對於無規取向纖維膜提高100-400％。該製備過程可在同一靜電紡絲裝置上完成，實現複合隔膜連續化生產，工藝簡單，控制容易，操作方便，成本低。
【專利說明】一種雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的製備方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋰離子電池隔膜領域，特別是涉及一種機械強度優良、孔隙率高，熱穩定性好的雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的的製備方法及裝置。
【背景技術】
[0002]與其他充電電池相比，鋰離子電池具有電壓高、比能量高、充放電壽命長、無記憶效應、對環境汙染小、快速充電、自放電率低等優點。因此，鋰離子電池越來越多應用到諸如手機、筆記本電腦、電動自行車和動力汽車等領域。鋰電池主要由正極、負極、電解質、隔膜及外殼等組成。其中，隔膜是一個十分重要的組成部分，它是一種離子導通、電子絕緣的多孔膜，在正極和負極之間起到隔離的作用，以防止電池內部短路。因此，要求電池隔膜必須具備絕緣性能好、孔隙率高、力學性能好、化學穩定性優異等特點。
[0003]目前應用較廣泛的商業化隔膜是聚烯烴微孔膜，其製備方法多採用將聚烯烴類材料熔融擠出，使其形成半結晶聚合物薄膜，然後對薄膜進行單向或雙向拉伸，使薄膜表面形成狹長的微孔，並使得其在單向或雙向上具有良好的機械性能，從而製得電池隔膜。然而，該隔膜生產工藝複雜、孔徑分布不勻、孔隙率較低、吸液性能較差，不利於鋰離子電池充放電過程中鋰離子的遷移。此外，聚烯烴電池隔膜表面能低，導致薄膜對電解液的浸潤性能較差，這使得電池的整體性能和安全性降低。
[0004]靜電紡絲是指在靜電場作用下將聚合物溶液或熔體拉伸成纖維的一種紡絲技術。該方法製備的纖維直徑為納米級、比表面積大，所得到的隔膜具有孔隙率高、孔徑小而均勻、吸液和保液性能好、離子電導率高等優點，是公認的高性能鋰離子電池隔膜材料。儘管採用靜電紡絲方法製備的納米纖維電池隔膜具有上述優點，但靜電紡電池隔膜是由雜亂的纖維互相搭接而成，機械性能較差，很多時候都達不到組裝電池的強度。
[0005]在目前所公開的規模化製備靜電紡鋰離子電池隔膜的裝置的相關文獻技術中，如:專利CN101192681A設計了一種連續生產靜電紡纖維膜的設備，並用該設備在鋰離子電池電極片表面直接製備複合納米纖維隔膜。該設備革新了鋰離子電池傳統裝配工藝，但是該設備卻不是用於製備增強隔膜的。專利US6713011B2記載了一種利用靜電紡絲工藝織造隔膜的裝置和方法，並且採用該裝置和方法進行連續工業生產，所得的聚合物隔膜成膜不均勻、雙向收縮較多，不能用於鋰離子電池隔膜的製備。
[0006]在目前已經公開的增強型靜電紡電池隔膜相關文獻技術中，如:專利CN102140734A通過靜電紡絲技術製備出聚合物樹脂與聚氨酯預聚體雙組份纖維膜，由於聚氨酯預聚體發生反應交聯、自聚合反應生成聚氨酯，使之與纖維膜中的聚合物形成半互穿網絡結構，提高了纖維膜的機械強度。然而，聚氨酯預聚體帶有高反應活性的異氰酸基基團，使得其易受水分等的影響，儲存期較短。專利CN101974828A靜電紡絲得到共聚聚醯胺酸納米纖維非織造布，並在高溫下進行亞胺化，製備出機械強度較高的隔膜。然而，在高溫條件下不能有效控制聚聚醯胺酸亞胺化程度，因此，製備的隔膜不具有複製性，性能也具有差異性。專利CN103469488A製備了兩種熔融溫度相差30°C以上的聚合物靜電紡共混纖維膜，經過熱軋處理，使纖維膜中的納米纖維相互之間粘結，從而提高纖維膜的機械強度。但該方法製備的隔膜中低熔點成分在熱軋條件下熔融，使得纖維膜孔隙率、吸液率降低，不利於鋰離子的遷移，因此隔膜離子電導率會降低，影響電池循環性能。專利US20120077015A1在兩支撐層之間夾一層納米纖維膜製備多層複合納米複合材料，用作鋰離子電池隔膜。該隔膜雖機械性能明顯提高，但是隔膜孔隙率較低，厚度較大，增加電池的內阻。Zhu等(ffu YP, Zhu Y, Xiao S, et al.A trilayer poly (vinylidene fluoride) /polyborate/poly (vinylidene fluoride) gel polymer electrolyte with good performance for lithiumion batteries [J].Journal of Materials Chemistry A, 2013.)將厚度約為 25 μ m LiPAAOB澆鑄膜置於用乙醇/水潤溼的靜電紡PVDF膜上，放置好澆鑄膜後，再在澆鑄膜上鋪上一層靜電紡PVDF膜，當乙醇、水受熱揮發後就製備出了三層複合膜，中間層為塗層膜，外層為纖維膜。該膜機械強度有一定的提高，但是塗覆或浸潰不易形成均勻的電解質層，影響電極/電解質界面性質，從而影響電池的性能。
[0007]也有一些其它專利技術或文獻中提到使用靜電紡技術製備十字交叉取向排列的纖維膜，但是並非應用在電池隔膜中，如:專利W02013066269AI介紹了利用接地飛輪接收得到十字交叉取向排列的Ni纖維膜，並用於石墨烯的生長，經過固化工序，剝離Ni纖維，形成具有十字交叉圖案的自立式石墨烯電極。Wu等(Wu S, Tai Q, Yan F.Hybridphotovoltaic devices based on poly (3-hexylthiophene)and ordered electrospun ZnOnanofibers [J].The Journal of Physical Chemistry C, 2010,114 (13):6197-6200.)得到的十字交叉的網狀結構的氧化鋅(ZnO)納米纖維，並作為中間層，然而最終產品卻是應用在
光伏設備-太陽能電池中。Cho 等(Cho S J, Kim B, An T, et al.Replicable multilayered
nanofibrous patterns on a flexible film[J].Langmuir, 2010, 26 (18): 14395-14399.)利用平行電極接收一層平行取向的靜電紡纖維，通過在同一平面內90°旋轉平行電極繼續接收一層平行取向的靜電紡纖維，最終便得到十字交叉取向排列的纖維膜，並作為柔性絕緣體而使用。Yang 等(Yang X, Wang H.Electrospun functional nanofibrous scaffoldsfor tissue engineering[J].Tissue Engineering.1nTech ;Croatia, 2010: 159-176.)則結合靜電紡絲與層層組裝技術製得的十字交叉取向排列的纖維膜，並用於組織工程領域。Tong 等(Tong H ff, Wang M, Lu W ff.Electrospun poly (hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate)fibrous membranes consisting of parallel-aligned fibers or cross-aligned fibers:characterization and biological evaluation[J].Journal of Biomaterials Science,Polymer Edition, 2011, 22 (18):2475-2497.)使用滾筒作為接收裝置，利用輔助電極製備了十字交叉取向排列的靜電紡纖維膜，十字交叉取向排列的纖維是的纖維膜具有良好的潤溼性能、力學性能，然而，製備的纖維膜卻應用於細胞繁殖領域。
【發明內容】
[0008]本發明旨在提供一種強度高，兼具較高孔隙率、良好浸潤性能的靜電紡納米纖維電池隔膜的製備方法。
[0009]本發明提供的技術方案是:一種雙向增強型靜電紡電池隔膜，其特徵在於，所述的雙向增強型靜電紡電池隔膜為一種三層複合纖維膜。其中，下層、上層是無規取向纖維膜，由平行電極在繞電極所在平面低速旋轉狀態下接收得到；中間層是十字交叉取向排列的纖維膜，由平行電極靜止接收一段時間後再繞電極所在平面旋轉90°後並靜止接收一段時間而得到。由於平行電極製備的是平行取向排列的纖維，因此可以在接收屏上得到取向排列纖維層；一定時間後將平行電極繞電極所在平面旋轉90°，便又在原來纖維膜上接收得到平行取向排列的纖維層，兩層取向排列纖維層夾角約為90°。由此通過平行電極便得到十字交叉取向排列的纖維膜，並將得到的十字交叉取向排列的纖維膜作為中間層而製備出靜電紡鋰離子電池隔膜，其在縱橫向上的強度有較大提高。
[0010]該製備方法利用可旋轉平行電極製備十字交叉取向排列的纖維膜，提高靜電紡鋰離子電池隔膜縱橫向機械強度而不影響納米纖維多孔膜的基本結構，使電池的性能得到提高。該隔膜孔隙率高達55-85%，其拉伸斷裂強度相對於無規取向纖維膜提高100-400%。該製備過程可在同一靜電紡絲裝置上完成，實現複合隔膜連續化生產，工藝簡單，控制容易，操作方便，成本低。
[0011]本發明方案中，所述雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的製備方法，包括下列步驟:
1)將一種高分子聚合物加入到有機溶劑中，機械攪拌溶解，形成均一穩定的溶液體系，製得靜電紡絲液；
2)將另一種高分子聚合物加入到有機溶劑中，機械攪拌溶解，形成均一穩定的溶液體系，製得靜電紡絲液；
3)將I)中製備的紡絲液靜電紡絲製備下層納米纖維膜；再將2)中製備的紡絲液靜電紡絲沉積到下層納米纖維膜上，為中間層；最後，在中間層上接收一層上層靜電紡納米纖維膜，製得三層複合纖維膜，即為雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜。
[0012]優選地，所述I)或者2)中的高分子聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氯丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚丙烯晴(PAN)、聚氧乙烯(PEO)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的一種或兩種以上的混合物。
[0013]優選地，所述I)或者2)中的高分子聚合物所用有機溶劑為N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、六氟異丙醇、四氫呋喃、三氟乙酸、二氯甲烷中的一種或二種以上的混合物。
[0014]優選地，所述的雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於:所述溶液濃度為8-20wt%，高壓電源電壓為15-35KV，注射泵流速為0.1_1.5ml/h，接收距離為10_35cmo
[0015]優選地，所述的雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於:所述的上、下層纖維膜由平行電極在電極所在平面旋轉狀態下接收得到，旋轉線速度為2-15m/min ;中間層纖維膜採用平行電極靜止接收一段時間後再繞電極所在平面旋轉90°後並靜止接收一段時間而得到。
[0016]優選地，所述3)中雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的厚度為20_40μπι，其中中間層厚度約佔總厚度的1/3-2/3。
[0017]為實現上述目的，本發明所採用的靜電紡裝置由三部分組成:控制系統1、靜電紡絲系統2、輔助系統；其中，控制系統I包含紡絲控制單元、溫溼度調節單元、烘燥定型控制單元、隔膜卷繞控制單元、驅動電機調速單元、滑軌變速單元，靜電紡絲系統2包含高壓直流電源3、注射泵4、噴絲頭5、往復移動滑軌6、滑軌7、滑軌8、電極組9、接收屏10、驅動電機11，輔助系統包含溫溼度監控裝置12、溶劑回收裝置13、烘燥定型裝置14、隔膜卷繞裝置15，其特徵是:噴絲頭5通過導線與高壓直流電源3—端輸出的正高壓或負高壓連接，並且電極組9通過導線與高壓直流電源另一端的地線連接，電極組9有效接地，並且驅動電機與電極組相連驅動電極組所在平面旋轉；噴絲頭5的進料孔通過管路與注射泵4相連通，噴絲頭5分別與直線滑軌6、7、8相連接。控制系統I是整套裝置的電路總控制箱，可進行裝置運行時參數的設定，其中:紡絲控制單元可以控制高壓直流電源3改變紡絲電壓，控制滑軌7改變接收距離，控制驅動電機11改變電極組旋轉速度，控制滑軌6與7改變噴絲頭5掃描速度，控制注射泵4改變流速；溫溼度調節單元根據溫溼度監控裝置12對靜電紡絲系統2內的溫溼度進行調節，保持紡絲環境的穩定；烘燥定型控制單元通過向烘燥定型裝置14可以控制隔膜的烘燥溫度、隔膜的張力，以及隔膜表面的平整度；隔膜卷繞控制單元通過控制隔膜卷繞裝置15來收集所製備的隔膜，達到連續生產的要求。
[0018]優選地，所述的製備裝置，其特徵在於:所述的噴絲頭為平口單針噴絲頭或者平口多針噴絲頭，噴絲頭孔徑為0.5-1.2mm，噴絲頭往復移動速率為10-60cm/min。
[0019]優選地，所述的製備裝置，其特徵在於:所述的多針噴絲頭個數> 2，並為陣列式分布，兩相鄰噴絲頭間距離為18-60mm。
[0020]優選地，所述的製備裝置，其特徵在於:所述電極個數> 2，兩電極間相互平行，兩相鄰電極間的距離為2-lOcm，電極長度與首尾電極間的距離保持一致，電極5可繞電極所在平面旋轉，並且電極所在平面與接收屏保持平行。
[0021]與現有技術相比較，本發明所提供的雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜不僅具有無規取向靜電紡鋰離子電池隔膜所具有的較低的熱收縮率、良好的電化學穩定性以及較高的孔隙率，還具有以下優點:
1.製備的靜電紡鋰離子電池隔膜通過取向排列的纖維交叉排列來達到縱橫向增強的目的，增強效果明顯，能滿足電池組裝過程的要求。
[0022]2.如果上、中、下層均採用同一種聚合物紡絲成型，則通過調節平行電極轉速便可獲得單一組分的增強型靜電紡鋰離子電池隔膜；如果上、中、下層採用兩種或者兩種以上聚合物，便可獲得多組分的增強型靜電紡鋰離子電池隔膜。
[0023]3.紡絲液以及製備的靜電紡鋰離子電池隔膜無需任何處理，可直接獲得增強效果O
[0024]4.本發明在製備電池隔膜中間層時，可以改變平行電極的繞旋轉軸旋轉的角度(如:將旋轉90°調整為旋轉5°、10°、30°或者60° )，並採用合適的聚合物進行靜電紡絲，便得到出不同方向甚至是各個方向都交叉取向排列的纖維膜，從而製備出多方向甚至各向同性的增強型靜電紡鋰離子電池隔膜。
[0025]5.本發明直接通過接收裝置結構及其運行速度來製備增強型靜電紡鋰離子電池隔膜，過程操作簡便、流程短。
[0026]測試表明，採用本發明製備的增強型靜電紡納米纖維膜相比於無規取向靜電紡纖維膜拉伸斷裂強度提高100-400%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜結構示意圖:下層、上層為無規取向纖維膜，中間層為十字交叉取向排列纖維膜。
[0028]圖2雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的製備裝置。
[0029]圖3接收裝置為平行電極的靜電紡絲裝置效果圖:(a)靜止平行電極製備軸向取向排列纖維膜，(b)平行電極旋轉90°後得到十字交叉取向排列纖維膜。
[0030]圖中各附圖標記所代表的含義具體如下:1.控制系統、2.靜電紡絲系統、3.高壓直流電源、4.注射泵、5.噴絲頭組、6.往復移動滑軌、7.滑軌、8.滑軌、9.電極組、10.接收屏、11.驅動電機、12.溫溼度監控裝置、13.溶劑回收裝置、14.烘燥定型裝置、15.隔膜卷繞 裝直。
【具體實施方式】
[0031]下面給出本發明的具體實施例。這些具體實施例僅用於進一步敘述本發明，並不限制本發明申請的權利要求保護範圍。
[0032]實施例1
將聚偏氟乙烯(PVDF)溶解於N，N-二甲基甲醯胺(DMF)與丙酮質量比=5: 5的混合溶劑中，配製成濃度為12wt%的溶液，在50-60°C下加熱攪拌至充分溶解。將溶液注入到帶有平口針頭的注射泵內，針頭連接高壓輸出端，設定高壓直流電源電壓為15KV，注射泵流速為0.3ml/h,接收距離為15cm。選擇電極個數為4,設定電極間距離為2cm,電極長度為8cm ；選擇單針噴絲頭，噴絲頭直徑0.5mm，設定噴絲頭往復移動速率為12cm/min。調節平行電極旋轉線速度為2m/min，聚合物紡絲液經靜電紡絲製備PVDF納米纖維膜沉積在接收屏上，將平行電極緩慢調節至靜止狀態，一段時間後PVDF取向纖維沉積在納米纖維膜上，之後再將平行電極旋轉90°並保持靜止一段時間，聚合物紡絲液經靜電紡絲製備PVDF納米纖維膜沉積在PVDF取向纖維上，即獲得了雙向增強型靜電紡電池隔膜。
[0033]測試結果表明PVDF雙向增強型靜電紡電池隔膜在縱橫向上拉伸斷裂強度相對於無規取向纖維膜，由 3.3MPa增加到了 7.3MPa，約提高121%。雙向增強隔膜的孔隙率約為84%。
[0034]實施例2
將聚丙烯腈(PAN)溶解於N，N-二甲基甲醯胺(DMF)中，配製成濃度為ISwt %的溶液，在65-75°C下加熱攪拌至充分溶解。將溶液注入到帶有平口針頭的注射泵內，針頭連接高壓輸出端，設定高壓直流電源電壓為25KV，注射泵流速為1.2ml/h，接收距離為25cm。選擇電極個數為10，設定相鄰兩電極間距離為4cm，電極長度為40cm ;選擇72針噴絲頭，噴絲頭直徑0.7mm,兩相鄰噴絲頭間距離20mm,設定噴絲頭往復移動速率為20cm/min。調節平行電極旋轉線速度為5m/min，聚合物紡絲液經靜電紡絲製備PAN納米纖維膜沉積在平行電極接收屏上，將平行電極緩慢調節至靜止狀態，一段時間後PAN取向纖維沉積在納米纖維膜上，之後再將平行電極旋轉90°並保持靜止一段時間，聚合物紡絲液經靜電紡絲製備PAN納米纖維膜沉積在PAN取向纖維上，即獲得了雙向增強型靜電紡電池隔膜。
[0035]測試結果表明PAN雙向增強型靜電紡電池隔膜在縱橫向上拉伸斷裂強度相對於無規取向纖維膜，由3.5MPa增加到了 17.3MPa，約提高394%。雙向增強隔膜的孔隙率約為89%。
[0036]實施例3將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)與PVDF按質量比5: 5溶解於與N，N-二甲基乙醯胺與丙酮質量比為7: 3的混合溶劑中，配置成10wt%的溶液，在40-50°C下加熱攪拌至聚合物充分溶解。將混合溶液注入到帶有平口針頭的注射泵內，針頭連接高壓輸出端，設定高壓直流電源電壓為20KV，注射泵流速為1.0ml/h，接收距離為25cm。選擇電極個數為15，設定兩相鄰電極間距離為6cm，電極長度為90cm ;選擇210針噴絲頭，噴絲頭直徑0.9mm，兩相鄰噴絲頭距離30mm,設定噴絲頭往復移動速率為35cm/min。調節平行電極旋轉線速度為13cm/min，聚合物紡絲液經靜電紡絲製備PMMA/PVDF納米纖維膜沉積在平行電極接收屏上，將平行電極緩慢調節至靜止狀態，PMMA/PVDF取向纖維沉積在納米纖維膜上，之後再將平行電極旋轉90°並保持靜止一段時間，聚合物紡絲液經靜電紡絲製備PMMA/PVDF納米纖維膜沉積在PMMA/PVDF取向纖維上，即獲得了雙向增強型靜電紡電池隔膜。
[0037]測試結果表明PMMA/PVDF雙向增強型靜電紡電池隔膜在縱橫向上拉伸斷裂強度相對於無規取向纖維膜，由2.4MPa增加到了 8.7MPa，約提高263%。雙向增強隔膜的孔隙率約為84%。
[0038]實施例4
將聚偏氟乙烯(PVDF)溶解於N，N-二甲基甲醯胺(DMF)與丙酮質量比=5: 5的混合溶劑中，配製成濃度為12wt%的溶液，在50-60°C下加熱攪拌至充分溶解。將聚丙烯腈(PAN)溶解於N，N-二甲基甲醯胺(DMF)中，配製成濃度為18wt%的溶液，在65_75°C下加熱攪拌至充分溶解。將PVDF溶液注入到帶有平口針頭的注射泵內，針頭連接高壓輸出端，設定高壓電源電壓為15KV，注射器流速為0.3ml/h，接收距離為15cm。選擇電極個數為20，設定相鄰兩電極間距離為80mm,電極長度為160cm ;選擇380針噴絲頭,噴絲頭直徑1.1mm,兩相鄰噴絲頭距離40mm，設定噴絲頭往復移動速率為55cm/min。調節平行電極旋轉線速度為15m/min，聚合物紡絲液經靜電紡絲製備PVDF納米纖維膜沉積在接收屏上^fPAN溶液注入到另一帶有平口針頭的注射泵內，針頭連接高壓輸出端，在距離針頭25cm的另一端為與高壓直流電源接地的平行電極。調節注射泵的注射速度為1.2ml/h，緩慢升高電壓到25kv，緩慢調節平行電極至靜止，一段時間後PAN取向纖維沉積在PVDF納米纖維膜上，之後將平行電極旋轉90 °並保持靜止一段時間，PVDF溶液經靜電紡絲製備PVDF納米纖維膜沉積在PAN取向纖維上，即獲得了雙向增強型靜電紡電池隔膜。
[0039]測試結果表明PVDF/PAN/PVDF雙向增強型靜電紡電池隔膜在縱橫向上拉伸斷裂強度相對於無規取向纖維膜，由3.8MPa增加到了 14.8MPa，約提高289%。雙向增強隔膜的孔隙率約為80%。
【權利要求】
1.一種雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜，其特徵在於，所述的雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜為一種三層複合纖維膜；下層、上層是無規取向纖維膜，由平行電極在電極所在平面旋轉狀態下接收得到，中間層是十字交叉取向排列的纖維膜，由平行電極靜止接收一段時間後再繞電極所在平面旋轉90°後並靜止接收一段時間而得到，並且中間層約佔總厚度的1/3-2/3 ;該隔膜孔隙率高達55-85%，其拉伸斷裂強度相對於無規取向纖維膜提高了 100-400%。
2.權利要求1所述的雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的製備方法，其特徵在於，具體步驟為: 第一步:將一種高分子聚合物加入到有機溶劑中，機械攪拌溶解，形成均一穩定的溶液體系，製得靜電紡絲液； 第二步:將另一種高分子聚合物加入到有機溶劑中，機械攪拌溶解，形成均一穩定的溶液體系，製得靜電紡絲液； 第三步:將第一步中紡絲液靜電紡絲製備下層納米纖維膜；再將第二步中紡絲液靜電紡絲沉積到下層納米纖維膜上，為中間層；最後，在中間層上接收一層上層靜電紡納米纖維膜，製得三層複合纖維膜，即為雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜。
3.權利要求2所述的製備 方法，其特徵在於，所述第一步和第二步中的高分子聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氯丙烯共聚物(PVDF-HFP)、聚丙烯晴(PAN)、聚氧乙烯(PEO)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的一種或兩種以上的混合物。
4.權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，所述第一步和第二步中的高分子聚合物所用有機溶劑為N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、丙酮、N-甲基吡咯烷酮、六氟異丙醇、四氫呋喃、三氟乙酸、二氯甲烷中的一種或二種以上的混合物。
5.權利要求2所述的隔膜製備方法，其特徵在於，所述溶液濃度為8-15wt%，高壓電源電壓為15-35KV，注射器流速為0.1-1.5ml，接收距離為10_35cm。
6.權利要求2所述的製備方法，其特徵在於，所述第三步中下層、上層是無規取向纖維膜，由平行電極在繞電極所在平面低速旋轉狀態下接收得到，平行電極旋轉線速度為2-15m/min ;中間層是十字交叉取向排列的纖維膜，由平行電極靜止接收一段時間後再繞電極所在平面旋轉90°後並靜止接收一段時間而得到。
7.權利要求6所述的製備方法，其特徵在於，所述靜止的平行電極接首先收得到軸向取向排列的纖維膜，通過平行電極旋轉90°後在垂直於軸向取向排列方向上接收得到另一層軸向取向排列纖維，從而得到十字交叉取向排列的纖維層；而旋轉平行電極接收得到無規取向排列的纖維膜；纖維的十字交叉取向排列提高了靜電紡電池隔膜在縱橫向的拉伸斷裂強度。
8.權利要求1所述的雙向增強型靜電紡鋰離子電池隔膜的製備裝置，其特徵在於，所採用的靜電紡裝置由三部分組成:控制系統、靜電紡絲系統、輔助系統；其中，控制系統包含紡絲控制單元、溫溼度調節單元、烘燥定型控制單元、隔膜卷繞控制單元、驅動電機調速單元、滑軌變速單元，靜電紡絲系統包含高壓直流電源、注射泵、噴絲頭、往復移動滑軌、滑軌、滑軌、電極組、接收屏、驅動電機，輔助系統包含溫溼度監控裝置、溶劑回收裝置、烘燥定型裝置、隔膜卷繞裝置，其特徵是:噴絲頭通過導線與高壓直流電源一端輸出的正高壓或負高壓連接，並且電極組通過導線與高壓直流電源另一端的地線連接，電極組有效接地，並且驅動電機與電極組相連驅動電極組所在平面旋轉；噴絲頭的進料孔通過管路與注射泵相連通，噴絲頭與直線滑軌相連接。
9.權利要求8所述的製備裝置，其特徵在於，所述電極個數>2，兩電極間相互平行，兩相鄰電極間的距離為2-lOcm，電極長度與首尾電極間的距離保持一致，電極可繞電極所在平面旋轉，並且電極所在平面與接收屏保持平行。
10.權利要求8所述的製備裝置，其特徵在於，所述的噴絲頭為平口單針噴絲頭或者平口多針噴絲頭，噴絲頭孔徑為0.5-1.2mm，噴絲頭往復移動速率為10-60cm/min。
11.權利要求10所述的製備裝置，其特徵在於，所述多針噴絲頭個數>2，並為陣列式分布，兩相鄰噴絲頭間距離為18-60mm。
【文檔編號】D04H1/74GK103996813SQ201410241350
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月28日 優先權日:2014年5月28日
【發明者】焦曉寧, 柯鵬, 嚴姣, 莊旭品, 康衛民, 程博聞, 陳康, 胡炳輝 申請人:天津工業大學