復(fù)合材料纖維膜
[0038]將步驟I)制備的聚丙烯腈-木質(zhì)素復(fù)合紡絲溶液注入到帶有平口針頭的注射器內(nèi)，針頭連接高壓電源，在距離注射器19cm的另一端為一接地的金屬接收裝置。調(diào)節(jié)注射栗的注射速度為2ml/h，緩慢升高電壓到23kv，在溫度為25°C下進行共混紡絲。從注射器的針頭噴出米溶液在高壓電場作用下牽伸，以纖維膜的形式收集在金屬接收裝置的鋁箔紙上，將所得無紡膜置于真空干燥箱中，60°C下干燥48h，待膜中無殘留溶劑后，取出，獲得聚丙烯腈-木質(zhì)素復(fù)合纖維膜。
[0039]將制備的聚丙烯腈-木質(zhì)素復(fù)合纖維膜進行熱壓處理，其中，壓強為16MPa，熱壓溫度為100°C，時間為0.0lh，取出，得到聚丙烯腈-木質(zhì)素復(fù)合纖維膜。
[0040]3)電池的組裝與測試
[0041]電池的正極活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰，負極為鋰片，隔膜為上述制備的隔膜，電解液為IMLiPF6的體積比為1:1的EC和DMC的混合液。上述正極片與鋰片、隔膜和電解液在充滿氫氣的手套箱中組裝成CR2430扣式電池。
[0042]實施例2
[0043]實施例2的操作步驟與實施例1大體相同，不同之處是將加入A溶液中的木質(zhì)素的質(zhì)量改為0.31g，復(fù)合紡絲溶液中木質(zhì)素的質(zhì)量為聚丙烯腈和木質(zhì)素總質(zhì)量的30%，其他步驟同實施例1。
[0044]對比例I
[0045]采用商業(yè)化的聚烯烴隔膜Celgard 2400作為對比，以進一步闡明本發(fā)明中所述的復(fù)合纖維隔膜的優(yōu)點。
[0046]圖1和圖2是不同比例的聚丙烯腈-木質(zhì)素復(fù)合材料纖維膜的電子顯微鏡照片?？梢钥闯?，隨著木質(zhì)素含量的增多，纖維直徑增大，直徑范圍為200-800um。經(jīng)過熱壓后，纖維之間形成有效粘結(jié)點并具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。可以有效提高隔膜的機械強度以及吸液率。
[0047]圖2是上述三種隔膜和Celgard 2400隔膜的應(yīng)力-應(yīng)變曲線?？梢钥闯?，上述三種隔膜可以承受的最大拉伸強度分別為29.99和22.42MPa，而Celgard 2400隔膜的橫向最大拉伸強度為13.46MPa。拉伸強度大的隔膜在使用中不容易被拉伸變形，提高電池的安全性能。
[0048]圖3是上述兩種隔膜與Celgard 2400隔膜的鋰離子電池在不同電流密度下的倍率性能曲線。充放電電壓范圍2.0-4.2V?？梢钥闯?，使用上述方法制備的兩種隔膜組裝的電池，在測試的電流密度下，放電容量均高于Celgard 2400隔膜，尤其是實施例2中的復(fù)合纖維膜，在0.2、0.5、1、2、4和8C下，放電容量分別可以達到167.1，150.6，131.8，109.5，86.9and63.8mAh/g。
[0049]圖4是鋰離子電池的循環(huán)性能曲線。充放電電壓范圍2.0-4.2V，電流密度0.2C。使用上述方法制備的兩種隔膜組裝的電池，電池穩(wěn)定性能良好，經(jīng)過50次循環(huán)后，容量保持率為95%，性能優(yōu)于Celgard 2400隔膜。
【主權(quán)項】
1.一種聚合物-木質(zhì)素復(fù)合材料纖維膜，其是由靜電紡絲法并進一步熱壓制備得到的；其特征是:所述的復(fù)合材料纖維膜是由聚合物材料與木質(zhì)素材料復(fù)合構(gòu)成；其中:聚合物材料在復(fù)合材料纖維膜中的質(zhì)量百分比含量為30-90%，木質(zhì)素材料在復(fù)合材料纖維膜中的質(zhì)量百分比含量為10-70% ; 所述的復(fù)合材料纖維膜，其厚度為20-40 μπι，孔隙率為40-80 %,拉伸強度為20-60MPao2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚合物-木質(zhì)素復(fù)合材料纖維膜，其特征是:所述的聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯睛(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物中的任意一種或是其中任意兩種的共混物。3.一種根據(jù)權(quán)利要求1-2任意一項所述的聚合物-木質(zhì)素復(fù)合材料纖維膜的制備方法，其特征是:該方法包括以下步驟: 1)復(fù)合紡絲溶液的配制 將聚合物材料溶解于有機溶劑中，在溫度為40-60 V下攪拌后得到聚合物溶液，其中，聚合物溶液中聚合物材料的質(zhì)量濃度為7-15% ;將木質(zhì)素材料在不斷攪拌下加入到上述聚合物溶液中，得到均勻溶液； 2)制備聚合物-木質(zhì)素復(fù)合材料纖維膜 將步驟I)制備的復(fù)合紡絲溶液置于靜電紡絲設(shè)備的注液裝置中；將通過原料輸送管線與所述的注液裝置相連通的噴絲頭固定好，并將所述的噴絲頭與接收裝置之間的距離調(diào)節(jié)為10-25cm，在溫度為20-40°C下進行共混紡絲；其中，共混紡絲溶液在注射栗的作用下以0.5-7ml/h的速度注入所述的噴絲頭中，在所述的噴絲頭與接地的所述的接收裝置之間施加15-30kV的直流高壓電場，共混紡絲溶液在電場力的作用下在所述的噴絲頭的尖端裂分并產(chǎn)生射流，在所述的接收裝置上得到復(fù)合纖維膜，干燥，熱壓，最終得到所述的復(fù)合纖維膜。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是:所述的聚合物材料選自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯睛(PAN)、聚氧化乙烯(PEO)、聚醚砜(PES)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)共聚物中的任意一種或是其中任意兩種的共混物。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是:所述的有機溶劑選自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、丙酮、四氫吠喃中的任意一種或者任意二種的混合物。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是，所述的靜電紡絲的設(shè)備是不銹鋼單噴絲頭的靜電紡絲裝置、不銹鋼多噴絲頭的靜電紡絲裝置或經(jīng)瑋雙向的不銹鋼多噴絲頭的靜電紡絲裝置；所述的靜電紡絲接收裝置為鋁箔、鐵板、鐵網(wǎng)、銅網(wǎng)、鐵滾筒、鋁滾筒和非織造材料中的一種或兩種以上。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是，所述的干燥步驟中的真空干燥箱溫度為50-120°C，干燥時間為12-63h。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是，所述的熱壓步驟中的壓力為10-50Mpa，熱壓溫度為50-200°C，壓力持續(xù)時間為0.0lh-1h09.一種鋰離子電池，包括:正極，負極，電池隔膜和電池殼；所述隔膜為權(quán)利要求1中所述的隔膜。
【專利摘要】一種聚合物-木質(zhì)素復(fù)合材料纖維膜的制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明公開了一種含木質(zhì)素基材的鋰離子電池隔膜及其制備方法。所述的復(fù)合材料纖維膜是由聚合物材料與木質(zhì)素材料復(fù)合構(gòu)成；其中：聚合物材料在復(fù)合材料纖維膜中的質(zhì)量百分比含量為30-90％，木質(zhì)素材料在復(fù)合材料纖維膜中的質(zhì)量百分比含量為10-70％；所述的復(fù)合材料纖維膜其特征在于，其厚度為20-40μm，孔隙率為40-80％，經(jīng)過熱壓后，提高了該復(fù)合膜的機械強度，拉伸強度為20-60MPa。所述的復(fù)合材料纖維膜保留了靜電紡隔膜孔隙率，吸液率高的優(yōu)點，同時解決了靜電紡膜中纖維之間無有效粘結(jié)點力學(xué)性能不好的缺點。本發(fā)明提供的隔膜應(yīng)用在鋰離子電池中，可提高電池的電化學(xué)穩(wěn)定性及安全性。
【IPC分類】H01M2/16, H01M2/14, H01M10/0525
【公開號】CN105070870
【申請?zhí)枴緾N201510581383
【發(fā)明人】時志強, 趙曼, 種傳賓, 成方, 于學(xué)文, 張進
【申請人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年9月10日