本發(fā)明涉及鋰離子電池，尤其涉及一種中空纖維膜及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命和安全性能好的特點，被廣泛應(yīng)用于手機、汽車、航天等工業(yè)領(lǐng)域。但鋰離子電池在首次充放電時，會消耗來自正極的鋰離子形成sei膜，從而造成電池首次庫倫效率低、容量不可逆損失。因此為保證電池的首次庫倫效率、容量及循環(huán)穩(wěn)定性，需要外部對電池進行補鋰，以彌補首次充電形成sei膜所消耗的鋰源。

2、常見的負極補鋰技術(shù)有物理接觸預(yù)鋰和電化學預(yù)鋰。其中物理接觸預(yù)鋰是將鋰粉或鋰片直接與負極接觸，此方法以內(nèi)短路形式實現(xiàn)活性材料的自發(fā)嵌鋰，讓鋰嵌入的更加均勻，但是鋰片和鋰粉均有極高的反應(yīng)活性及環(huán)境敏感度，易引發(fā)安全風險。電化學預(yù)鋰是將鋰銅復合片與負極進行短接，由于負極與鋰之間存在電勢差，金屬鋰會以電腐蝕的形式變成鋰離子從而嵌入負極表面，但是該方法鋰離子的嵌入是由邊緣到中間，嵌入速度較為緩慢，嵌鋰不夠均勻。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種中空纖維膜及其制備方法與應(yīng)用。

2、本發(fā)明提出的一種中空纖維膜的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、將聚合物a和溶劑加熱攪拌，得到混合物a；將聚合物b和溶劑加熱攪拌，得到混合物b；

4、s2、將混合物a和混合物b加熱攪拌，得到紡絲液；

5、s3、將紡絲液經(jīng)過濕法紡絲得到中空纖維膜。

6、本發(fā)明通過濕法紡絲制備中空纖維膜，該中空纖維膜為腔體結(jié)構(gòu)，具有較高的孔隙率和吸液儲液能力，在經(jīng)過電解液浸潤后，有利于電池充放電過程中的鋰離子傳輸。同時中空纖維膜可作為一種介質(zhì)，延緩負極活性材料與金屬鋰的直接反應(yīng)，降低了安全風險。

7、優(yōu)選地，所述的s1中，溶劑選自dmf、dmac、nmp、苯甲醚、dmso中的一種或多種。

8、優(yōu)選地，所述的s1中，聚合物a、聚合物b獨立地選自pan、pmma、pvdf中的一種或多種。

9、通過選擇聚合物的種類，有助于控制中空纖維膜的物理性能，如韌性、耐高溫性等。

10、優(yōu)選地，所述的s1中，聚合物a、聚合物b的質(zhì)量比為(10-90)：(10-90)。

11、優(yōu)選地，所述的s1中，聚合物a、聚合物b加熱攪拌前還包括對聚合物a、聚合物b進行干燥處理，干燥溫度為35-50℃，干燥時間為12-24h，干燥后水分為50-500ppm。

12、優(yōu)選地，所述的s1、s2中，加熱溫度為50-80℃，攪拌時間為12-24h。

13、通過控制加熱溫度、攪拌時間在一定范圍內(nèi)可以使聚合物溶解的更為充分，成膜更為均勻。

14、優(yōu)選地，所述的s2中，紡絲液中聚合物a、聚合物b的質(zhì)量總和占紡絲液質(zhì)量的10％-30％；紡絲液中溶劑的質(zhì)量總和占紡絲液質(zhì)量的70％-90％。

15、通過控制聚合物、溶劑的質(zhì)量在一定范圍內(nèi)有助于控制中空纖維膜的強度。

16、優(yōu)選地，所述的s3中，濕法紡絲中紡絲噴頭包括出液口、尾部進液口、側(cè)端進液口、內(nèi)腔。

17、優(yōu)選地，所述的s3中，濕法紡絲包括：將紡絲液與造孔劑分別注入后擠出，在凝固浴中固化成形，得到中空纖維膜。

18、通過濕法紡絲得到中空纖維膜，一方面濕法紡絲成本低，可選取水為凝固浴或造孔劑，另一方面工業(yè)化應(yīng)用較為廣泛，目前沒有技術(shù)壁壘。

19、更優(yōu)選地，所述的s3中，濕法紡絲包括：將紡絲液置于注射器a中連接紡絲噴頭尾部進液口，將造孔劑置于注射器b中連接紡絲噴頭側(cè)端進液口，造孔劑用于形成中空纖維膜的內(nèi)壁，紡絲液作為外壁在凝固浴中固化成形，最終得到中空纖維膜。

20、更優(yōu)選地，所述的造孔劑選自dmf、dmac、稀鹽酸、稀硫酸、水中的一種或多種。

21、通過選擇不同的造孔劑有助于控制孔徑的大小。

22、更優(yōu)選地，所述的dmf、dmac的濃度為1％-10％；所述的稀鹽酸、稀硫酸的濃度為0.01％-0.1％。

23、更優(yōu)選地，所述的凝固浴為水。

24、更優(yōu)選地，所述的注射器是通過控制蠕動泵控制注射器的注入速度，蠕動泵的速度為1-50ml/min。

25、通過控制蠕動泵的速度在一定范圍內(nèi)有助于控制中空纖維膜的內(nèi)外徑。

26、更優(yōu)選地，所述的紡絲噴頭出液口為扁回字型，內(nèi)圈長為10cm、寬為1mm，外圈長為12cm，寬為2mm。

27、本發(fā)明還提出一種由上述制備方法制備得到的中空纖維膜。

28、一種中空纖維膜或者由上述制備方法制備得到的中空纖維膜在鋰離子電池中的應(yīng)用。

29、一種鋰離子電池的制備方法，包括以下步驟：

30、將鋰片放入上述中空纖維膜腔體中，進行冷壓，得到含鋰片的中空纖維膜；將含鋰片的中空纖維膜、負極、含鋰片的中空纖維膜堆疊形成單元體a，將隔膜、單元體a、隔膜、正極、隔膜、單元體a、隔膜按照z字型疊加，形成單元體b；單元體b與電解液組裝得到鋰離子電池。

31、將鋰片置于中空纖維膜的腔體內(nèi)，經(jīng)冷壓后，形成含鋰片的中空纖維膜。一方面由于中空纖維膜工業(yè)應(yīng)用廣泛，成本較低；另一方面中空纖維膜具有較高的吸液、儲液能力，在經(jīng)過電解液浸潤后，有利于電池充放電過程中的鋰離子傳輸。中空纖維膜的存在也使預(yù)鋰過程中反應(yīng)更加平和，組裝得到的預(yù)鋰化電芯可以增強預(yù)鋰效果和降低安全風險。

32、優(yōu)選地，所述的單元體b的數(shù)量為10-100個。

33、優(yōu)選地，所述的鋰片厚度為3-100μm。

34、優(yōu)選地，所述的含鋰片的中空纖維膜的四周延展長度不超過2cm，含鋰片的中空纖維膜厚度為10-1000μm。

35、優(yōu)選地，所述的隔膜厚度為5μm-10μm。

36、優(yōu)選地，所述的負極的活性物質(zhì)選自石墨、硅氧、硅碳中的一種或多種。

37、本發(fā)明的有益效果在于：

38、本發(fā)明通過濕法紡絲制備中空纖維膜，該中空纖維膜為腔體結(jié)構(gòu)，具有較高的孔隙率和吸液儲液能力，將鋰片置于中空纖維膜的腔體內(nèi)，經(jīng)冷壓后，形成含鋰中空纖維膜，有利于電池充放電過程中的鋰離子傳輸，使預(yù)鋰過程中反應(yīng)更加平和，增強預(yù)鋰效果。

技術(shù)特征：

1.一種中空纖維膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的s1中，聚合物a、聚合物b獨立地選自pan、pmma、pvdf中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的s1、s2中，加熱溫度為50-80℃，攪拌時間為12-24h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的s2中，紡絲液中聚合物a、聚合物b的質(zhì)量總和占紡絲液質(zhì)量的10％-30％；紡絲液中溶劑的質(zhì)量總和占紡絲液質(zhì)量的70％-90％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的s3中，濕法紡絲包括：將紡絲液與造孔劑分別注入后擠出，在凝固浴中固化成形，得到中空纖維膜。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述的造孔劑選自dmf、dmac、稀鹽酸、稀硫酸、水中的一種或多種。

7.一種中空纖維膜，其特征在于，由權(quán)利要求1-6任一項所述的制備方法制備得到。

8.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權(quán)利要求7所述的中空纖維膜或者由權(quán)利要求1-6任一項所述的制備方法制備得到中空纖維膜。

9.一種由權(quán)利要求8所述的鋰離子電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種中空纖維膜及其制備方法與應(yīng)用，涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。一種中空纖維膜的制備方法，包括以下步驟：S1、將聚合物A和溶劑加熱攪拌，得到混合物A；將聚合物B和溶劑加熱攪拌，得到混合物B；S2、將混合物A和混合物B加熱攪拌，得到紡絲液；S3、將紡絲液經(jīng)過濕法紡絲得到中空纖維膜。由于中空纖維膜具有較高的吸液、儲液能力，有利于電池充放電過程中的鋰離子傳輸，增強預(yù)鋰效果。

技術(shù)研發(fā)人員：陳宇,王超,李圓圓,郭萬穎,趙秀萍,謝強勝,劉超輝
受保護的技術(shù)使用者：合肥國軒高科動力能源有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6