-ptfe三元纳米复合多曲孔膜材料及其制备方法和应用_2

文档序号:9345191阅读:来源:国知局
材料获得了如下特性:厚度在10-40 μπι之间、孔隙率在30-50%之间、表面孔径在50-800nm之间、面密度在18-24g/m2、拉伸强度在30?50MPa之间、热收缩温度大于350°C、电击穿强度在35-50V/ μ m之间、离子电导率在1.0-8.0X 10 3S *cm 1之间。具有这种特性的有机/无机三元纳米复合膜耐高温、抗热收缩、耐高电压和高电流冲击,抗机械撞击,适合于用作安全电池隔膜和安全超级电容器隔膜,制造各种高容量和高动力锂电池或超级电容器。
[0031 ] 本发明还提供所述的纳米复合多曲孔膜材料作为非水电解质二次电池的电池隔膜或电容器隔膜的应用。
【具体实施方式】
[0032]以下实施例将有助于本领域的普通技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。
[0033]实施例1:
[0034]—种有机/无机三元纳米复合膜材料,它以电纺聚酰亚胺(PI)纳米纤维非织造布为基材,基材孔隙中填充有聚四氟乙烯纳米微球(PTFE-NP)和二氧化硅纳米颗粒(S12-NP),两者重量比为42/38 ;
[0035]其制备方法如下:
[0036](I)聚四氟乙烯纳米微球和二氧化硅纳米颗粒水基混合悬浮液(PTFE-NP/Si02-NP/H20-l)的配置:聚四氟乙烯纳米微球(直径主要分布在300nm)乳液(固含量60wt% ) 70.0克、二氧化硅纳米颗粒(主要粒径分布在200nm) 38.0克,聚丙烯酸铵0.3克,丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯共聚物8.7克,蒸馏水328.0克,一次性放入烧杯中,在每分钟8000转的转速下乳化,形成绝对粘度为29mPa ?S的聚四氟乙稀纳米微球和二氧化娃纳米颗粒水基混合悬浮液(PTFE-NP/Si02_NP/H20-l)。
[0037](2)PTFE-NP/Si02-NP/PI三元纳米复合耐高温高安全电池隔膜的制备:将上面所配置的PTFE-NP/Si02_NP/H20-l聚四氟乙烯纳米微球和二氧化硅纳米颗粒水基混合悬浮液在玻璃板上铺平形成厚度为40 μ m的悬浮液膜,然后将厚度为9 μ m的电纺PI纳米纤维非织造布覆盖在PTFE-NP/Si02_NP/H20-l悬浮液膜上,悬浮液渗进PI纳米纤维非织造布中,待纳米纤维布上层湿透,表明非织造布的孔隙中已完全充满了悬浮液,揭起PI纳米纤维非织造布,在100°C下热烘lOmin,升温至200°C热处理5min,使PTFE-NP纳米微球和二氧化硅纳米颗粒间以及它们与PI纳米纤维间通过聚丙烯酸酯共聚物熔融而充分粘结形成有机/无机三元纳米复合多曲孔膜。
[0038](3)性能表征:所制备的PTFE-NP/Si02_NP/PI三元纳米复合耐高温高安全电池隔膜的厚度为11 μ m、拉伸强度为50MPa、断裂伸长率为40%、穿刺强度为4.8N、在350°C下的热收缩率为0、多曲孔膜的孔隙率为35%、表面平均孔径为140nm、在0.48bar压力下的透气性为280S、电击穿强度为40V/ μπι,离子电导率为5.0X 10 3S.cm、
[0039]实施例2:
[0040]一种有机/无机三元纳米复合膜材料,它以电纺聚酰亚胺(PI)纳米纤维非织造布为基材,基材孔隙中填充有聚四氟乙烯纳米微球(PTFE-NP)和二氧化硅纳米颗粒(S12-NP),两者重量比为30/50 ;
[0041]其制备方法如下:
[0042](I)聚四氟乙烯纳米微球和二氧化硅纳米颗粒水基混合悬浮液(PTFE-NP/Si02-NP/H20-2)的配置:聚四氟乙烯纳米微球(直径主要分布在300nm)乳液(固含量60wt% ) 50.0克、二氧化硅纳米颗粒(主要粒径分布在10nm) 50.0克,聚丙烯酸铵0.4克,丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯共聚物8.6克,蒸馏水570.0克,一次性放入烧杯中,在每分钟8000转的转速下乳化,形成绝对粘度为21mPa ?S的聚四氟乙稀纳米微球和二氧化娃纳米颗粒水基混合悬浮液(PTFE-NP/Si02-NP/H20-2)。
[0043](2)PTFE-NP/S1z-NP/PI三元纳米复合耐高温高安全电池隔膜的制备:将上面所配置的PTFE-NP/Si02-NP/H20-2聚四氟乙烯纳米微球和二氧化硅纳米颗粒水基混合悬浮液在玻璃板上铺平形成厚度为60 μ m的悬浮液膜,然后将厚度为39 μ m的电纺PI纳米纤维非织造布覆盖在PTFE-NP/Si02-NP/H20-2悬浮液膜上,悬浮液渗进PI纳米纤维非织造布中,待纳米纤维布上层湿透,表明非织造布的孔隙中已完全充满了悬浮液,揭起PI纳米纤维非织造布,在100°C下热烘lOmin,升温至200°C热处理5min,使PTFE-NP纳米微球和二氧化硅纳米颗粒间以及它们与PI纳米纤维间通过聚丙烯酸酯熔融而充分粘结形成有机/无机三元纳米复合多曲孔膜。
[0044](3)性能表征:所制备的PTFE-NP/Si02_NP/PI三元纳米复合耐高温高安全电池隔膜的厚度为40 μπκ拉伸强度为30MPa、断裂伸长率为45%、穿刺强度为7.3N、在350°C下的热收缩率为O、多曲孔膜的孔隙率为40%、表面平均孔径为90nm、在0.48bar压力下的透气性为150S、电击穿强度为37V/ μπι,离子电导率为6.0X 10 3S.cm 1O
[0045]实施例3:
[0046]—种有机/无机三元纳米复合膜材料,它以电纺聚酰亚胺(PI)纳米纤维非织造布为基材,基材孔隙中填充有聚四氟乙烯纳米微球(PTFE-NP)和二氧化硅纳米颗粒(S12-NP),两者重量比为30/50 ;
[0047]其制备方法如下:
[0048](I)聚四氟乙烯纳米微球和二氧化硅纳米颗粒水基混合悬浮液(PTFE-NP/Si02-NP/H20-3)的配置:聚四氟乙烯纳米微球(直径主要分布在300nm)乳液(固含量60wt% ) 50.0克、二氧化硅纳米颗粒(主要粒径分布在500nm) 50.0克,聚丙烯酸铵0.5克,丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯共聚物8.5克,蒸馏水415.0克,一次性放入烧杯中,在每分钟8000转的转速下乳化,形成绝对粘度为24mPa ?S的聚四氟乙稀纳米微球和二氧化娃纳米颗粒水基混合悬浮液(PTFE-NP/Si02-NP/H20-3)。
[0049](2)PTFE-NP/Si02-NP/PI三元纳米复合耐高温高安全电池隔膜的制备:将上面所配置的PTFE-NP/Si02-NP/H20-3聚四氟乙烯纳米微球和二氧化硅纳米颗粒水基混合悬浮液在玻璃板上铺平形成厚度为50 μ m的悬浮液膜,然后将厚度为23 μ m的电纺PI纳米纤维非织造布覆盖在PTFE-NP/Si02-NP/H20-2悬浮液膜上,悬浮液渗进PI纳米纤维非织造布中,待纳米纤维布上层湿透,表明非织造布的孔隙中已完全充满了悬浮液,揭起PI纳米纤维非织造布,在100°C下热烘lOmin,升温至200°C热处理5min,使PTFE-NP纳米微球和二氧化硅纳米颗粒间以及它们与PI纳米纤维间通过聚丙烯酸酯熔融而充分粘结形成有机/无机三元纳米复合多曲孔膜。
[0050](3)性能表征:所制备的PTFE-NP/Si02_NP/PI三元纳米复合耐高温高安全电池隔膜的厚度为25 μπκ拉伸强度为36MPa、断裂伸长率为38%、穿刺强度为5.4N、在350°C下的热收缩率为O、多曲孔膜的孔隙率为41%、表面平均孔径为450nm、在0.48bar压力下的透气性为100S、电击穿强度为35V/ μπι,离子电导率为7.0X 10 3S.cm 1O
[0051]实施例4:
[0052]—种有机/无机三元纳米复合膜材料,它以电纺聚酰亚胺(PI)纳米纤维非织造布为基材,基材孔隙中填充有聚四氟乙烯纳米微球(PTFE-NP)和二氧化硅纳米颗粒(S12-NP),两者重量比为36/44 ;
[0053]其制备方法如下:
[0054](I)聚四氟乙稀纳米微球和二氧化娃纳米颗粒水基混合悬浮液(PTFE-NP/Si02-NP/H20-4)的配置:聚四氟乙烯纳米微球(直径主要分布在300nm)乳液(固含量60wt% )60.0克、二氧化硅纳米颗粒(主要粒径分布在800nm)44.0克,聚丙烯酸铵0.4克,丙烯酸丁酯-丙烯酸异辛酯共聚物8.6克,蒸馏水273.0克,一次性放入烧杯中,在每分钟8000转的转速下乳化,形成绝对粘度为27mPa ?S的聚四氟乙稀纳米微球和二氧化娃纳米
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