芳纶纤维锂电池隔膜制备方法

技术领域

本发明涉及一种制备方法，更具体的说是涉及一种芳纶纤维锂电池隔膜制备方法。

背景技术

锂电池主要依靠离子在正极和负极之间移动来工作。在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。锂电池隔膜是一种多孔膜，在锂电池中的主要作用是隔离电池正负极，防止电池内部短路；提供离子在放电过程中的迁移的通道，允许离子通过。

现有的隔膜材料热稳定性差，机械强度差，为进一步提高锂电池的安全性，采用芳纶纤维制成的耐热锂电池隔膜，具有耐热与抗拉力强的优点，而目前芳纶纤维的制备方法主要如专利号为202111303840.1，名称为一种芳纶无纺纸生产工艺的发明专利所示，然而上述方式的生产工艺，在成网之后直接进行水刺缠结，而水刺时水流的冲击力一般比较大，因而若是纤维布中有空气，便无法有效的吸收水射流的能量，容易导致纤维布在水刺中出现损伤和强力损失。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种降低纤维布在水刺加工中损伤和强力损失的芳纶纤维锂电池隔膜制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种芳纶纤维锂电池隔膜制备方法，包括如下步骤：

步骤一，将芳纶纤维混合均匀后开松；

步骤二，将经过步骤一开松后的芳纶纤维梳理后成网；

步骤三，对步骤二中获得的成网进行预处理，采用雾化的方式喷湿，压实蓬松的芳纶纤维，排除芳纶纤维中的空气；

步骤四，将经过预处理后的芳纶纤维送入进入水刺区，进行水刺固结；

步骤五，将步骤四中获得的固结后的芳纶纤维进行烘干，得到芳纶纤维基布；

步骤六，将制成的芳纶纤维基布在温度为205-235℃，转速为60-90m/min，辊压压力为40KN/cm的条件下经过热轧辊压定型，用轧光机进行轧光，使芳纶纤维厚度达到0.14-0.15mm，面密度为70g/㎡，完成隔膜制备。

作为本发明的进一步改进，所述步骤一中开松的具体步骤为：将芳纶纤维精准称量后投放到粗开松机进行芳纶纤维的初步开松,然后将开松的芳纶纤维送入混棉箱，使芳纶纤维混合均匀，然后将芳纶纤维送至精开松机进行精细开松。

作为本发明的进一步改进，所述步骤二中梳理成网的步骤为：

步骤二一，将经过精细开松的芳纶纤维送入梳理机，将纤维梳理成薄纤网；

步骤二二，将薄纤网送入铺网机以全交叉模式折叠铺设成蓬松的初料；

其中，步骤二二中的全交叉模式即第一台梳理机出的纤网进入第一台铺网机形成交叉纤网，第二台梳理机出的纤网进入第二台铺网机形成交叉纤网，两种交叉纤网合并，形成上面一层是交叉网，下面一层也是交叉网这样一种纤网结构。作为本发明的进一步改进，所述步骤二与步骤三之间还具有牵引步骤，具体为：将初料通过牵伸机缓慢牵引，以将初料有规律的弹性拉伸，即每次拉伸2mm，松弛1mm，重复10次以上，然后原料转移到杂乱辊上，杂乱辊将纤维打乱增加横向强度。

作为本发明的进一步改进，所述步骤四中水刺的具体步骤包括：

步骤四一，将预处理后的芳纶纤维进入水刺区，采用平网水刺机和转鼓水刺机交叉使用对铺网的正反面进行水刺，第一级、第二级为转鼓式水刺，第三级为平网式水刺，水刺头喷水板的喷水孔喷射出多股微细水射流，垂直射向芳纶纤维。

本发明的有益效果，通过步骤一至步骤六的设置，便可有效的实现制备出用作锂电池隔膜的纤维布，并且在制备的过程中，通过步骤三的作用，可实现对于芳纶纤维的预处理，排除芳纶纤维中的空气，使芳纶纤维进入水刺区后能有效地吸收水射流的能量，最后得到湿芳纶纤维，如此实现降低纤维在水刺中的损伤和强力损失。

具体实施方式

下面将所给出的实施例对本发明做进一步的详述，本实施例的芳纶纤维锂电池隔膜所用原料是由100％芳纶纤维组成，芳纶纤维全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺",英文为Aramid fiber，该原料组份包括芳纶1414或芳纶1313，纤维为长度30-50mm，直径13μm的纤维丝。

具体的本实施例提供了一种芳纶纤维锂电池隔膜制备方法包括水刺无纺布的制备流程和热轧辊压工艺流程，具体内容为：

水刺无纺布主要流程包括：

1.开松：将芳纶纤维精准称量后投放到粗开松机进行芳纶纤维的初步开松,然后将开松的芳纶纤维送入混棉箱，使芳纶纤维混合均匀，然后将芳纶纤维送至精开松机进行精细开松。

该工序主要将压紧的纤维丝之间完全松散开，便于后续铺网实现厚度均匀一致。

2.梳理：将经过精细开松的芳纶纤维送入梳理机，将纤维梳理成薄纤网。

该工序主要制成均匀、无定形的纤维层，可以后续叠加铺网。

3.铺网：将薄纤网送入铺网机以全交叉模式(即第一台梳理机出的纤网进入第一台铺网机形成交叉纤网，第二台梳理机出的纤网进入第二台铺网机形成交叉纤网，两种交叉纤网合并，形成上面一层是交叉网，下面一层也是交叉网这样一种纤网结构)折叠铺设成蓬松的初料。

该工序以全交叉模式铺设可以使纤网有较高的克重，使其有较好的纵横向强力比(≤1.2:1)，作为隔膜使用可以达到绝缘层的作用。

4.牵伸：将初料通过牵伸机缓慢牵引，即将初料有规律的弹性拉伸，即每次拉伸2mm，松弛1mm，重复10次以上。然后原料转移到杂乱辊上，杂乱辊将纤维打乱增加横向强度。

该工序改变纤维排列方向，将具有一定交叉角度的纤维排列通过牵伸变成各个方向均匀排布的纤维排列，从而控制纤维之间的孔隙、克重、纵横强力比的目的，并将纤网匀整定型，避免纤网回缩，可以满足锂电池隔膜离子透过和吸液的要求。

5.预处理：将步骤4中所得到的纤维布采用雾化的方式喷湿，压实蓬松的纤维布，排除纤维布中的空气，使纤维布进入水刺区后能有效地吸收水射流的能量，最后得到湿纤维布；

该工序主要降低纤维在水刺中的损伤和强力损失。

6.水刺：经预湿的纤维布进入水刺区，采用平网水刺机和转鼓水刺机交叉使用对铺网的正反面进行水刺，第一级、第二级为转鼓式水刺，第三级为平网式水刺，水刺头喷水板的喷水孔喷射出多股微细水射流，垂直射向纤维布。水射流使每层纤网中一部分表层纤维发生位移，包括向纤维网反面的垂直运动，当水射流穿透纤维网后，受到拖网帘或转鼓的反弹作用，以不同的方位散射到纤维网的反面。在水射流直接冲击和反弹水流的双重作用下，纤维网中的纤维发生位移、穿插、缠结、抱合，形成无数个柔性缠结点。

该工序使芳纶纤维布里的纤维相互之间连接为一个牢固的整体，增强纤维布整体牢固度和纵横向拉伸强度，满足隔膜的机械强度要求。

烘干：将纤维布在温度为160-190℃的条件下烘干，脱水，得到芳纶纤维基布。热轧辊压工艺流程：

将制成的芳纶纤维基布在温度为205-235℃，转速为60-90m/min，辊压压力为40KN/cm的条件下经过热轧辊压定型，用轧光机进行轧光，使芳纶纤维布厚度达到0.14-0.15mm，面密度为70g/㎡。

在此条件下可以精准调整纤维的孔隙、紧密度、厚度等参数，使之微调到完全满足锂电池隔膜要求的吸液率、电导率、面密度、厚度等性能，并使纤维定形固化。而通过上述流程制作完成的芳纶纤维锂电池隔膜经测试，具有以下技术指标：

。

综上所述，本实施例的制备方法，将芳纶纤维通过水刺无纺布工艺先制成芳纶无纺布作为基膜，然后再通过热轧加压辊压加工后形成可作为锂电池隔膜使用的芳纶纤维隔膜，制成的芳纶纤维隔膜具有耐高温，高强力，耐酸碱，热稳定性好，绝缘，耐磨，本身阻燃，隔热等特性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。