[发明专利]MOFs/PMMA/PVDF三相复合电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种MOFs/PMMA/PVDF三相复合电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：步骤1：制备金属‑有机骨架MOFs纳米颗粒溶液；步骤2制备PVDF溶液；步骤3：将步骤1中得到的溶液缓慢滴加到步骤二的溶液中；步骤4：将甲基丙烯酸甲酯MMA溶液加入到经步骤三得到的混合溶液中，步骤5：将步骤4配制的静电纺丝原液进行静电纺丝，从而得到多孔隔膜；步骤6：配制引发剂溶液；步骤7：将步骤6制备的引发剂溶液均匀覆盖在步骤5中的多孔隔膜上；步骤8：使多孔隔膜在120℃~150℃条件下热压1~4h，同时，多孔隔膜中的甲基丙烯酸甲酯MMA在引发剂的作用下发生聚合反应生成聚甲基丙烯酸甲酯PMMA，最终得到MOFs/PMMA/PVDF三相复合电池隔膜。本发明能够在减小厚度的同时不降低抗拉强度与低孔隙率。

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种MOFs/PMMA/PVDF三相复合电池隔膜，及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高比能量、长循环寿命、无记忆效应的特性以及安全、可靠且能快速充放电等优点，成为近年来新型电源技术的研究热点。锂离子电池的构成包括正极、负极、隔膜和电解质，隔膜作为正负极之间的阻隔物对锂离子电池的性能起到至关重要的作用，其性能直接影响到电池的容量和循环，特别是影响到电池安全性能的重要因素。目前，市场上通用的聚烯烃隔膜普遍具有孔隙率低、电解液润湿性差以及高温下易产生严重尺寸收缩等缺点，因而难以满足高性能动力锂电池的需求。静电纺丝技术制备的无纺布纤维膜由于具有较高的孔隙率、较大的比表面积和优良的电化学性能，但传统静电纺丝纤维膜存在力学性能较差的缺点，而锂离子电池隔膜起到导通液体电解质中锂离子，同时隔离电池正、负极以防二者相互接触而发生短路的作用，以及大容量锂离子电池在大倍率充放电时，产生的巨大热量，需要电池隔膜的力学性能和热力学稳定性好才能满足需要。目前研究者多通过不同复合物复合、添加无机纳米粒子或热处理等来提高静电纺丝纤维膜的力学性能，但纤维膜的拉伸强度仍然处于一个较低的水平。目前有过的相关研究的是专利公开号为CN 104393336 B的一种纳米复合纤维增强凝胶聚合物电解质及其制备方法，但该专利没有明确指出制备的纤维膜的力学性能和热稳定性，并且厚度一般在50μm（厚度较大才能满足强度需求）以上，不满足商用锂电池隔膜的要求厚度（一般小于25μm）。因此找到一种能提高静电纺丝纤维膜的力学性能同时保持高的热稳定性，且厚度控制在25μm以下，将会实现电池隔膜技术的快速发展。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种MOFs/PMMA/PVDF三相复合电池隔膜的制备方法，解决现有技术中电池隔膜厚度与机械强度相互矛盾的技术问题，能够在减小厚度的同时不降低抗拉强度，能够在厚度减小的同时不降低孔隙率。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种MOFs/PMMA/PVDF三相复合电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：通过超声震荡将金属-有机骨架MOFs纳米颗粒均匀分散在乙醇或甲醇等有机溶剂中，金属-有机骨架MOFs纳米颗粒与乙醇/甲醇的质量体积比为1:3~1:5，分散时间为30-120分钟；

步骤2：将0.8-1.5g聚偏氟乙烯PVDF粉体加入到烧瓶中，并且金属-有机骨架MOFs纳米颗粒与聚偏氟乙烯PVDF粉体的质量比为0.2~0.5，然后加入9.2-8.5mL二甲基乙酰胺DMA或二甲基甲酰胺DMF溶液，将烧瓶置于45-95℃水浴并磁力搅拌120~240分钟，得到浓度为8%~15%的PVDF溶液；

步骤3：将步骤1中得到的溶液缓慢滴加到步骤二的溶液中，滴加过程中磁力搅拌含有金属-有机骨架MOFs纳米颗粒、聚偏氟乙烯PVDF、二甲基乙酰胺DMA或二甲基甲酰胺DMF的混合溶液；

步骤4：将甲基丙烯酸甲酯MMA溶液加入到经步骤三得到的混合溶液中，前者与后者的体积比为0.1~0.4，然后充分搅拌10~30分钟，从而得到含有金属-有机骨架MOFs纳米颗粒、甲基丙烯酸甲酯MMA、聚偏氟乙烯PVDF、二甲基乙酰胺DMA或二甲基甲酰胺DMF的静电纺丝原液；