一种锂电池隔膜、制备方法和静电纺丝装置与流程

本发明涉及锂电池，具体涉及一种锂电池隔膜、制备方法和静电纺丝装置。
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。隔膜的性能决定了电池的界面结构、电解质的保持性和电池的内阻等，进而影响电池的容量，循环性能、充放电电流密度等关键特性。此外，隔膜对电池的安全性也有着较大的影响。所以，隔膜性能的优劣直接影响了电池的综合性能。一般聚丙烯腈体系的隔膜合成简单、耐热性高、不易燃烧、稳定性好等优点。但由于-cn这种强极性基团的存在，导致pan与金属电极兼容性差，使凝胶聚合物电解质和锂金属电极之间发生严重的钝化现象，导致电池内部电阻会逐渐增大，影响电池的使用。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种锂电池隔膜、制备方法和静电纺丝装置，其结构强度大、吸液能力强、离子电导率高，且制备方便快速。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池隔膜，隔膜的配方中，按照重量份数计，包括n,n-二甲基酰胺93～96份聚丙烯腈10～13份氧化镧酸锂1～2份。作为优选的，所述隔膜由多层通过静电纺丝获得的纤维重叠组成。作为优选的，所述纤维的直径为150nm～500nm。作为优选的，单层所述纤维的方向为连续横向-连接纵向或连续纵向-连接横向。一种锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：1)将n,n-二甲基酰胺和聚丙烯腈粉末混合，制成溶液；2)在n,n-二甲基酰胺和聚丙烯腈的混合溶液中加入氧化镧酸锂粉末，采用搅拌机将其搅拌均匀；3)将混合溶液置入静电纺丝装置中，进行顺序单向喷丝，即先进行横向往复喷丝，到达尽头后，再进行纵向往复喷丝，直至回到起始点；而后继续下一次喷丝，使纤维具有3层；静电纺丝装置的工艺参数为：静电压15～20kv，喷射速度0.2～0.71ml/h，接收距离为16cm；4)将喷丝成型后的纤维在45℃下真空干燥5h后，即完成制备。一种锂电池隔膜的制备方法所用到的静电纺丝装置，包括喷丝泵、针筒、横向驱动极片、纵向驱动极片和接收板，所述针筒竖直设置在喷丝泵上，所述接收板水平设置在针筒下方，所述横向驱动极片和纵向驱动极片均设置在针筒和接收板之间，所述针筒外加有高压电源，所述接收板接地，所述横向驱动极片上外接有横向驱动电压，所述纵向驱动极片上外接有纵向驱动电压。作为优选的，所述横向驱动极片和纵向驱动极片相互垂直。与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明的锂电池隔膜，具有极高的机械拉伸强度，能够长时间的保持电池结构的稳定性，提高电池的使用寿命；具有极高的孔隙率，其能够较好的吸收电池电解液，使锂电池的电阻极低；具有良好的离子电导率和放电比容量，使锂离子更容易通过电池隔膜，增加电池的功率。2、本发明通过将n,n-二甲基酰胺、聚丙烯腈和氧化镧酸锂，使其在纤维成丝时更加的稳定可靠；采用特定的静电压、喷射速度和接收距离，能够制造粗细均匀的纳米级纤维丝；通过横向、纵向的往复喷丝，使纤维排布规则，提高其结构强度、吸液能力。3、本发明通过在针筒和接收板之间增加电压，使纤维丝更加容易的落到接收板上；通过在接收板上方设置横向驱动极片和纵向驱动极片，使纤维丝的落点可控，从而可以根据需要将纤维丝在横竖方向上堆叠，增加隔膜的结构强度和吸液能力。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为锂电池隔膜的结构示意图；图2为静电纺丝装置的结构示意图。其中，1-喷丝泵，2-针筒，3-横向驱动极片，4-纵向驱动极片，5-接收板。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1实施例1中公开了一种锂电池隔膜，按照份数重量计，其配方如表1中所示。表1.实施例1的配方表组分含量(重量份数)n,n-二甲基酰胺93聚丙烯腈10氧化镧酸锂1实施例2实施例2中公开了一种锂电池隔膜，按照份数重量计，其配方如表2中所示。表2.实施例2的配方表组分含量(重量份数)n,n-二甲基酰胺93聚丙烯腈10氧化镧酸锂2实施例3实施例3中公开了一种锂电池隔膜，按照份数重量计，其配方如表3中所示。表3.实施例3的配方表组分含量(重量份数)n,n-二甲基酰胺93聚丙烯腈11氧化镧酸锂1实施例4实施例4中公开了一种锂电池隔膜，按照份数重量计，其配方如表4中所示。表4.实施例4的配方表组分含量(重量份数)n,n-二甲基酰胺93聚丙烯腈13氧化镧酸锂1实施例5实施例5中公开了一种锂电池隔膜，按照份数重量计，其配方如表5中所示。表5.实施例5的配方表实施例6实施例6中公开了一种锂电池隔膜，按照份数重量计，其配方如表6中所示。表6.实施例6的配方表组分含量(重量份数)n,n-二甲基酰胺94聚丙烯腈10氧化镧酸锂1实施例7实施例7中公开了一种锂电池隔膜，按照份数重量计，其配方如表7中所示。表7.实施例7的配方表组分含量(重量份数)n,n-二甲基酰胺95聚丙烯腈10氧化镧酸锂1实施例8实施例8中公开了一种锂电池隔膜，按照份数重量计，其配方如表8中所示。表8.实施例8的配方表上述实施例1～实施例8均采用静电纺丝法制备锂电池隔膜。其纤维的直径约为150nm～500nm。参照图1所示，其单层的纤维方向为连续横向-连续纵向或连续纵向-连续横向，多层纤维交叠在一起，即成为锂电池隔膜。其机械强度高、离子电导率高、放电比容量高，具有优异的电化学稳定性和循环性能。由于聚丙烯腈具有强极性基团-cn，所以其与金属锂电极兼容性比较差，容易发生钝化现象，而n,n-二甲基酰胺恰好可以缓解这一现象，且使其在纤维成丝时更加稳定可靠。氧化镧酸锂的加入则大大提高了锂电池隔膜的离子电导率和放电比容量。对上述实施例1～实施例8进行性能测试，能够得到表9。1)拉伸强度：隔膜应具有良好的力学性能，以长时间的维持锂电池的结构完整，延长电池的寿命。2)孔隙率：隔膜的孔隙经直接影响膜的口吸液能力，孔隙率高则吸液能力强。3)离子电导率：离子电导率是隔膜形成电荷的前提条件，有离子电导率才能保证电解液中的离子充分通过，形成所需要的电荷。电导率高才能实现通过大的电流的目标。4)放电比容量：放电比容量是衡量锂电池放电效率的物理量。表9.各实施例的性能对比制备上述实施例1～实施例8中锂电池隔膜的制备方法为：1)将n,n-二甲基酰胺和聚丙烯腈粉末混合，制成溶液；2)在n,n-二甲基酰胺和聚丙烯腈的混合溶液中加入氧化镧酸锂粉末，采用搅拌机将其搅拌均匀；3)将混合溶液置入静电纺丝装置中，进行顺序单向喷丝，即先进行横向往复喷丝，到达尽头后，再进行纵向往复喷丝，直至回到起始点；而后继续下一次喷丝，使纤维具有3层；静电纺丝装置的工艺参数为：静电压15～20kv，喷射速度0.2～0.71ml/h，接收距离为16cm；4)将喷丝成型后的纤维在45℃下真空干燥5h后，即完成制备。参照图2所示，上述静电纺丝装置，包括喷丝泵1、针筒2、横向驱动极片3、纵向驱动极片4和接收板5。针筒2竖直设置在喷丝泵1上。喷丝泵1能够驱动针筒2进行喷丝，同时控制针筒2的喷丝量。针筒2上外加有高压电源u1，其能够使针筒2内的溶液带电。接收板5水平放置，其接地。针筒2喷出的纤维丝能够在电场u1的作用下，落在接收板5上。横向驱动极片3和纵向驱动极片4均位于针筒2和接收板5之间，且横向驱动源极片3和纵向驱动极片4相互垂直。两片横向驱动极片3之间连接有驱动纤维丝横向摆动的横向驱动电压u3。两片纵向驱动极片4之间连接有驱动纤维丝纵向摆动的纵向驱动电压u2。通过改变横向驱动电压u3和纵向驱动电压u2，能够使纤维丝沿预定方向摆动，使纤维丝更加均匀可靠。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。当前第1页12