一種熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰電池隔膜的制備方法，具體是一種熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰電池因為具有高比能量、長循環(huán)壽命、無記憶效應等優(yōu)點近年來得到飛速發(fā)展，但鋰電池的安全性一直是制約其發(fā)展的關(guān)鍵問題。隔膜正是關(guān)乎鋰電池安全性的關(guān)鍵組成部分。隔膜是具有多孔結(jié)構(gòu)的電絕緣性薄膜，主要作用是隔離正、負極并使電池內(nèi)的電子不能自由穿過，同時能夠讓離子(電解質(zhì)液中)在正負極間自由通過。其性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)性能等特性。因此隔膜需具有高的離子通過率，良好的機械性能和耐溶劑(電解液)的性質(zhì)。
[0003]非織造布電池隔膜是非織造布經(jīng)過一定的物理或者化學處理，以達到電池隔膜性能要求的一種電池隔膜，其主要種類有干法非織造布和濕法非織造布，目前國外非織造布電池隔膜生產(chǎn)技術(shù)比較成熟的有美國，日本和德國，如德國Feuderberg公司開發(fā)的20 μπι薄型耐高溫隔膜用非織造布產(chǎn)品，采用濕法成形和熱風后處理工藝，纖維網(wǎng)的單絲直徑3~4μπι，產(chǎn)品的耐熱性能達230°C ;日本Vilence公司開發(fā)的聚烯烴非織造布電池隔膜使用3種纖維，通過濕法成網(wǎng)方式制的單位面積質(zhì)量40g/m2，厚度0.1Omm的隔膜材料；日本Denso公司開發(fā)的熔噴法非織造布電池隔膜，采用4-甲基戊烯聚合物，制得單絲直徑為0.8-5.0 μπκ單位面積質(zhì)量9~30g/m2的電池隔膜。而國內(nèi)華南理工大學制漿造紙工程實驗室在鋰電池隔膜的研宄中，使用聚對苯二甲酰對苯二胺(PPTA)高原纖化漿柏和PET短切纖維原料，采用濕法非織造布形成工藝，成功得到耐熱性優(yōu)于傳統(tǒng)聚烯烴鋰電池隔膜的系列
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[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利CN103887466A，公開日2014年6月25日，發(fā)明專利名稱為“一種丙綸熔噴電池隔膜的制備方法”，該發(fā)明以丙綸切片為原料，采用在加工過程中添加親水母粒和對丙綸熔噴非織造布進行親水整理兩種方式聯(lián)合加工，并在常規(guī)丙綸熔噴無紡布上增加了熱軋工序，提高了材料的強力性能，該方法制備的電池隔膜具有大的比表面積，高的孔隙率，化學純度優(yōu)良，極小的尺寸收縮，良好的柔韌性和低廉的價格等優(yōu)點。但是，由于聚丙烯材料的熔點較低，制成的隔膜破膜溫度很低，而且其本身阻燃性不好，導致鋰電池的安全性不好。中國專利號CN103205123A，公開日2013年7月17日，發(fā)明專利名稱為“一種鋰電池用聚苯硫醚隔膜的生產(chǎn)方法”，該發(fā)明將聚苯硫醚高溫溶解，得到均相溶液，將均相溶液用流延機擠出并激冷，得到聚苯硫醚多孔膜，該方法制備的電池隔膜破膜溫度高，阻燃性好。但是該種方法過程較為繁瑣，使用的有機溶劑多為有毒溶劑，不環(huán)保。中國專利號CN101736418A，公開日2010年6月16日，發(fā)明專利名稱為“一種聚苯硫醚熔噴纖維制品的制造方法”，該發(fā)明以重均分子量為5~6萬且分子量分布系數(shù)在1.8-19之間的聚苯硫醚樹脂熔噴纖維材料為原料，經(jīng)高速攪拌混料后雙螺桿擠出機熔融、造粒、切片熔融、擠出噴絲，得到聚苯硫醚熔噴短纖維，并用氮氣急劇冷卻，該方法得到的聚苯硫醚短纖韌性較好，但是，對于聚苯硫醚熔噴纖維用于鋰電池隔膜制品的相關(guān)應用開發(fā)，該專利并沒有涉及具體工藝參數(shù)和技術(shù)方案。中國專利號CN103961939A，公開日2014年8月6日，發(fā)明專利名稱為“一種聚苯硫醚復合濾料的制備方法”，該發(fā)明通過對熔噴聚苯硫醚纖維網(wǎng)與聚苯硫醚短纖維網(wǎng)通過陣列式嵌入法進行復合，然后采用程序升溫工藝對復合濾料進行熱定型處理，得到一種聚苯硫醚復合濾料，該方法對聚苯硫醚復合纖維網(wǎng)進行熱定型處理，得到過濾率高的復合濾料，但是，對于單層熔噴聚苯硫醚纖維網(wǎng)進行熱軋?zhí)幚砗蜔岫ㄐ吞幚?，該專利并沒有涉及具體工藝參數(shù)和技術(shù)方案。
[0005]目前鋰電池使用的隔膜大多都是聚丙烯(PP)或者聚乙烯(PE)材質(zhì)。而PP材料或者是PE材料的熔點較低，導致隔膜的破膜溫度很低，而且其本身阻燃性不好，導致鋰電池的安全性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述技術(shù)存在的問題，本發(fā)明目的是提供一種熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜及其制備方法，獲得熔點高，破膜溫度高，阻燃性好的鋰電池用隔膜。因聚苯硫醚超細纖維在高溫下有優(yōu)良的強度、剛性及耐疲勞性，在250°C下長期保持穩(wěn)定，同時其具有優(yōu)異的耐化學腐蝕性。為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜，所述的熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜中超細纖維直徑為0.5-10 μ m，厚度為20~100 μ m，孔徑為0.1-2 μ m，孔隙率為30%~60%，單位面積聚苯硫醚無紡布膜克重為4~20g/m2。
一種熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜的制備方法，包括熔噴聚苯硫醚無紡布制備工藝中的聚苯硫醚粒料干燥，熔融擠出，熱風牽伸，冷卻，凝網(wǎng)，對聚苯硫醚超細纖維網(wǎng)進行熱軋?zhí)幚砗蜔岫ㄐ吞幚?，其?
a干燥后的聚苯硫醚粒料由熔融擠出，經(jīng)熱風牽伸，冷卻，凝網(wǎng)后，對熔噴聚苯硫醚超細纖維網(wǎng)進行熱軋?zhí)幚淼臏囟葹?0?120°C，熱軋壓力為0.1?0.5MPa，熱軋時間為20?80s，制得熔噴聚苯硫醚熱軋?zhí)幚頍o紡布膜；
b對經(jīng)熱軋?zhí)幚砗蟮娜蹏娋郾搅蛎褵彳執(zhí)幚頍o紡布膜熱定型處理的工藝是在85~95°C條件下熱定型處理6min，然后在100~120°C條件下熱定型處理5min，最后在150~180°C條件下熱定型處理3min，制得超細纖維直徑為0.5-10 μπι，厚度為20~100 μ m，孔徑為0.1-2 μ m,孔隙率為30°/『60%，單位面積聚苯硫醚無紡布膜克重為4~20g/m2W.噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜。
[0007]由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明的熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜的制備方法具有以下優(yōu)點:
I本發(fā)明選用熔噴聚苯硫醚無紡布制備鋰電池隔膜，聚苯硫醚超細纖維是一種新型高性能合成纖維，因聚苯硫醚樹脂熔點高，所制備的超細纖維在高溫下有優(yōu)良的強度、剛性、耐疲勞性和阻燃性，在200°c能夠下長期保持穩(wěn)定，具有優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，能滿足鋰電池隔膜對耐化學腐蝕性和熱穩(wěn)定性的要求，能很好的延長鋰電池隔膜使用的壽命，同時提高其安全性；而通過熔噴工藝制備的聚苯硫醚無紡布隔膜具有較小孔徑、較大的比表面積和高的孔隙率、破膜溫度高、阻燃性好、化學穩(wěn)定性好的優(yōu)點。
[0008]2本發(fā)明對熔噴聚苯硫醚纖維網(wǎng)進行表面熱軋?zhí)幚恚ㄟ^改變熱軋的溫度，熱軋的壓力和熱軋的時間，可以得到不同厚度的聚苯硫醚無紡布隔膜。最后通過熱定型處理，可以得到尺寸穩(wěn)定的聚苯硫醚無紡布隔膜。因此，通過該種方法制備的聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜滿足了鋰電池隔膜所需的纖維細度、孔徑、孔隙率以及隔膜的厚度。
[0009]本發(fā)明制備的熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜具有熔點高、破膜溫度高、阻燃性好、厚度較薄、表面光潔、化學和尺寸穩(wěn)定性好的優(yōu)點，并且該鋰電池隔膜具有很好的吸液性，較小的孔徑和較高的孔隙率，滿足了鋰電池隔膜的要求，并提高了鋰電池的安全性和延長了其使用壽命。
【具體實施方式】
[0010]下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明做進一步詳細描述。
[0011]一種熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜，所述的熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜中超細纖維直徑為0.5-10 μ m，厚度為20~100 μ m，孔徑為0.1-2 μ m，孔隙率為30%~60%，單位面積聚苯硫醚無紡布膜克重為4~20g/m2。
一種熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜制備方法，制備方法按以下步驟進行:
熔噴聚苯硫醚無紡布鋰電池隔膜加工:
a選擇合適聚苯硫醚粒料，將其置于真空烘箱真空處理24h，處理溫度100?150°C，聚苯硫醚粒料恪融指數(shù)范圍10?50g/10min ；
b將a步驟處理后的聚苯硫醚粒料經(jīng)熔噴無紡布機螺桿擠出，接著對聚苯硫醚熔體進行牽伸冷卻，然后在凝網(wǎng)簾上形成超細纖維纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)，制得聚苯硫醚無紡布。其中，加料過程中計量泵的轉(zhuǎn)速范圍4~10rpm，熔融擠出過程中螺筒的喂入?yún)^(qū)溫度為280~320°