本发明涉及材料科学，具体为具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜。
背景技术：
1、在现有的锂离子电池技术中，尤其是在高温条件下，传统隔膜材料往往无法展现出良好的结构和机械稳定性。例如，常用的聚烯烃隔膜在高温下容易发生热收缩甚至熔融，导致电池内部短路，从而引发热失控。此外，锂电池在瞬态热滥用条件下，由于隔膜的模量不足，无法有效抵抗锂枝晶的生长，进一步加剧了电池的安全性问题。因此，开发一种能够在高温下保持结构和机械稳定性，并且具有高模量和优异热稳定性的隔膜材料，对于提升锂电池的安全性和性能至关重要。基于此，纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜应运而生，其凭借芳纶纤维的高强度、高模量和耐高温特性，展现出卓越的热稳定性和机械性能。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本发明提供了具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，具备在高温下保持结构和机械稳定性的优点，解决了传统隔膜材料往往无法展现出良好的结构和机械稳定性的问题。
3、(二)技术方案
4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，包括以下制备步骤：
5、步骤一、材料准备：选择纯度大于99％的对位芳纶作为基础材料；
6、步骤二、制备对位芳纶溶液：将n-甲基吡咯烷酮溶剂加入反应釜中，再将对位芳纶分成三批次加入反应釜中，进行低温溶液缩聚反应，形成均匀的对位芳纶溶液；
7、步骤三、制定微流体连续打印策略：构建微流体连续打印装置，并设置微流体连续打印装置参数，进行打印，得到初步的纳米纤维隔膜；
8、步骤四、设计双面溶剂扩散流程：搭建双面溶剂扩散装置，控制扩散过程参数，进行双面溶剂扩散，完成双面溶剂扩散后，对纳米纤维隔膜进行后处理；
9、步骤五、结果分析和优化：根据测试结果分析纳米纤维隔膜的性能特点和存在的问题，针对问题提出改进措施。
10、优选的，所述步骤二中对位芳纶溶液的制备过程：
11、s2.1、将n-甲基吡咯烷酮溶剂加入反应釜中；
12、s2.2、降低溶剂温度至-10℃至-5℃之间，将对位芳纶分成三批次加入，在磁力搅拌下进行2—4h的低温溶液缩聚反应；
13、s2.3、对位芳纶完全加入后，再将温度升至55-60℃之间，继续保持1—1.5h的磁力搅拌，形成均匀的对位芳纶溶液。
14、优选的，所述步骤三中微流体连续打印装置包括精密的注射泵、微流控芯片和收集器，所述微流体连续打印装置的参数设置为：将纳米纤维隔膜的厚度设定在1.8-2.2μm之间，其精度为±0.1μm，将纳米纤维隔膜的孔径大小设定在40-60nm之间，其精度为±5nm，设置注射泵的流速为2—3ml/h，设置微流控芯片的通道宽度为100-200μm，设置微流控芯片的通道深度为50-100μm。
15、优选的，所述步骤三中打印过程：
16、s3.1、微流体连续打印装置的参数设置完成后，将对位芳纶溶液通过注射泵注入微流控芯片中；
17、s3.2、控制对位芳纶溶液流速在45-55μl/min之间，控制温度在55℃-60℃之间，压力差控制在20psi-25psi之间，并采用层流流动模式，利用微流控技术形成纳米纤维；
18、s3.3、通过收集器收集形成的纳米纤维，得到初步的纳米纤维隔膜。
19、优选的，所述步骤四中双面溶剂扩散装置包括溶剂蒸发池和支撑基板。
20、优选的，所述步骤四中扩散过程参数设置为：扩散温度控制在55-60℃之间，扩散时间控制在1.5—2h之间。
21、优选的，所述步骤四中扩散过程为：
22、s4.1、选择n,n-二甲基乙酰胺与二甲基亚砜为溶剂；
23、s4.2、将初步得到的纳米纤维隔膜置于双面溶剂扩散装置中；
24、s4.3、在双面溶剂扩散装置中纳米纤维隔膜的上下两侧分别放置s4.1的两种不同溶剂，并控制溶剂的蒸发速度在0.3-0.5mm/h之间，溶剂蒸发方向垂直于隔膜表面，控制环境湿度在30％～40％之间。
25、优选的，所述纳米纤维隔膜的上侧放置n,n-二甲基乙酰胺溶剂，所述纳米纤维隔膜的下侧放置二甲基亚砜溶剂。
26、优选的，所述n,n-二甲基乙酰胺的浓度为50％～55％，所述二甲基亚砜的浓度为30％～35％。
27、优选的，所述步骤四中后处理过程：完成双面溶剂扩散后，将纳米纤维隔膜使用去离子水清洗2—5次，并放入烘箱中，在60-65℃的温度下干燥1—1.2h。
28、与现有技术相比，本发明提供了具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，具备以下有益效果：
29、1、本发明通过在隔膜的制备流程中引入微流体连续打印技术和双面溶剂扩散工艺，根据流速、温度和压力差来精确控制隔膜的孔径和厚度，来精确控制隔膜的孔径和厚度，在微流体连续打印步骤中，通过调整注射泵的流速、温度和压力差，可以精确控制纳米纤维的沉积速率和形态，从而影响最终隔膜的孔径和厚度，并根据溶剂的种类、浓度、蒸发速度以及环境湿度，能优化微观结构，通过选择不同浓度的n,n-二甲基乙酰胺(dmac)与二甲基亚砜(dmso)作为溶剂，并控制它们的蒸发速度和环境湿度，可以进一步调控纳米纤维的排列和融合程度，从而优化隔膜的微观结构，以提升隔膜的机械性能、热稳定性和透气性，以上优势使得本发明方法制备的隔膜在高温环境下表现出优异的结构和机械稳定性，解决了传统隔膜材料和制备过程的不足。
1.具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，其特征在于，包括以下制备步骤：
2.根据权利要求1所述的具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，其特征在于：所述步骤二中对位芳纶溶液的制备过程：
3.根据权利要求1所述的具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，其特征在于，所述步骤三中微流体连续打印装置包括精密的注射泵、微流控芯片和收集器，所述微流体连续打印装置的参数设置为：将纳米纤维隔膜的厚度设定在1.8-2.2μm之间，其精度为±0.1μm，将纳米纤维隔膜的孔径大小设定在40-60nm之间，其精度为±5nm，设置注射泵的流速为2—3ml/h，设置微流控芯片的通道宽度为100-200μm，设置微流控芯片的通道深度为50-100μm。
4.根据权利要求1所述的具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，其特征在于，所述步骤三中打印过程：
5.根据权利要求1所述的具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，其特征在于，所述步骤四中双面溶剂扩散装置包括溶剂蒸发池和支撑基板。
6.根据权利要求1所述的具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，其特征在于：所述步骤四中扩散过程参数设置为：扩散温度控制在55-60℃之间，扩散时间控制在1.5—2h之间。
7.根据权利要求1所述的具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，其特征在于，所述步骤四中扩散过程为：
8.根据权利要求7所述的具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，其特征在于，所述纳米纤维隔膜的上侧放置n,n-二甲基乙酰胺溶剂，所述纳米纤维隔膜的下侧放置二甲基亚砜溶剂。
9.根据权利要求8所述的具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，其特征在于，所述n,n-二甲基乙酰胺的浓度为50％～55％，所述二甲基亚砜的浓度为30％～35％。
10.根据权利要求1所述的具有高模量和热稳定性的纳米多孔芳纶纳米纤维隔膜，其特征在于，所述步骤四中后处理过程：完成双面溶剂扩散后，将纳米纤维隔膜使用去离子水清洗2—5次，并放入烘箱中，在60-65℃的温度下干燥1—1.2h。