电池隔膜静电纺丝纳米纤维_能做什么

1、静电纺丝纳米纤维纳米纤维能做什么？朱自明 目 录1轻子公司简介2静电纺丝纳米纤维及其运用3纳米纤维电池隔膜技术4纳米纤维电池隔膜产业化案例1. 公司简介佛山轻子精密测控技术有限公司（简称轻子测控）成立于2014年7月，位于佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院。注册资金1000万元。现有员工20余人，硕士学历占70%以上，建有纳米纤维研究实验室、精密检测实验室、光学实验室。2. 公司专家团队介绍陈新度教授，广东工业大学王晗教授，广东工业大学林立伟教授，加州伯克利大学孙道恒教授，厦门大学郑高峰教授，厦门大学公司专家团队成员都是是精密测量领域、微纳加工领域的专家。3. 合作单位战略合作单位：广东

2、省微纳加工技术与装备重点实验室佛山市南海区广工大数控装备协同创新研究院佛山市质量计量监督检测中心佛山市固高自动化技术有限公司 目 录1轻子公司简介2静电纺丝纳米纤维及其运用3纳米纤维电池隔膜技术4纳米纤维电池隔膜产业化案例1. 纺丝工艺对比静电纺丝法：丝径均匀，平均200nm，孔隙率高，比表面积大，可用材料广。可实现批量化生产。已经工业化生产。还未成熟。熔喷技术，丝径较大，平均2微米以上，工艺复杂，设备复杂，价格高。已经工业化生产，但还不成熟。相分离法：工艺复杂，可控性差，还未用于工业生产2. 静电纺丝技术原理技术要素：1. 高压电源； 2. 毛细管； 3. 金属导电材料收集板纤维空中运动形貌

3、纳米纤维电镜形貌3. 静电纺丝技术分类1）远场电纺2）气泡纺3）蜘蛛纺4）多喷头纺丝5）近场电纺6）微分熔体静电纺丝4.1 静电纺丝运用重金属吸附A) Schematic illustration for the preparation of the obtained nanobrous membrane, B) SEM images for the hierarchically structured TPEE/IOs nanobrous membranes (The inset shows the corresponding high-resolution image), and C) Sc

4、hematic illustration for the adsorption and reduction of Cr(VI) on the surface of TPEE/IOs nanobers. 吸附原理有：直接吸附；化学反应；表面改性重金属吸附的效果4.2 静电纺丝运用 油水分离纤维多孔微结构纤维疏水性测试纤维吸油和吸水实验不同材料的吸油性对比3.3 防菌抗菌含银纳米纤维膜纤维中分散的纳米银主要运用领域：创伤敷料4.3 静电纺丝运用 家居护理除汗味、尿味、血液味、腥味、杀菌、防止痔疮。常识：纤维丝径越小，与肌肤的贴合性更好，对药物的载送效果更佳。同时纳米纤维膜孔隙率可达80%，透气性好

5、，可携带更多精华液。丝径对比：常规纳米纤维丝径：200-400nm；加工参数调控可达5nm；蚕丝蛋白丝径：10m纳米纤维蚕丝蛋白纤维4.4 静电纺丝运用 美容面膜美容面膜PK无纺布面膜无纺布尤其是纯棉的，敷感柔润舒服，密封性好，但是透气性一般，精华液少时会翘起不服帖，更多需要躺着敷才能达成完美效果。PK蚕丝面膜轻薄，服帖性好，透气性好，但是承载精华液一般，因为薄，所以承载精华液有限，很多都留在面膜袋，或者在敷的过程中精华液容易流到脖子上。生物纤维面膜，服帖性好，同时透气不滴水，低敏性，产品中蕴含着类似于人本表皮细胞核状中空的生物活性体，通过特殊的工艺，经过长达数10天与人体体温相同的恒温培养，

6、从而将营养成分进入中空的生物活性体内，使用时只有当产品与皮肤温度一致且毛孔张开的情况下，营养成分才会缓慢地通过毛孔进入皮肤深层，呈现了完全吸收营养的饱满及不滴水的传奇现象。纳米纤维面膜优势：高浓度精华液；高粘合性；高传导性；高渗透性；高融合性；杀菌性；可降解；含水量500-1000倍；无反吸收4.5 静电纺丝运用 环保过滤行业4.6 静电纺丝运用 金属防腐传统涂漆静电纺丝PK静电纺丝法优势：纳米纤维具有柔软性，当纳米纤维直接喷射到室外需防腐金属上时，金属热胀冷缩时，不会出现裂纹，从而可以继续保护金属，而油漆因热胀冷缩后会出现裂纹，雨水会浸泡金属，从而失去防腐效果。4.7 静电纺丝运用 锂离子电

7、池隔膜 目 录1轻子公司简介2静电纺丝纳米纤维及其运用3纳米纤维电池隔膜技术4纳米纤维电池隔膜产业化案例几种聚合物材料的力学性能介绍聚酰亚胺介绍聚酰亚胺是目前工程塑料中耐热性最好的品种之一,有的PI可长期承受290高温,短时间承受490的高温,在如此高的温度下,短时间内基本上可以保持原有的物理性能。另外,聚酰亚胺可耐极低温,如在-269的液态氦中不会脆裂。聚酰亚胺纳米纤维的制作PMDA-ODA均聚聚酰胺酸的合成1,2,4,5-均苯四甲酸二酐(PMDA)与4,4-二苯醚二胺(ODA)于低温下在DMAc中机械搅拌24小时,制备质量浓度为10%的PMDA/ODA聚酰胺酸溶液聚酰亚胺纳米纤维电池隔膜P

8、I纳米纤维膜性能测试热收缩率不同温度下电纺 PI 纳米纤维膜热收缩率测试。（a）未热处理的 PI 膜；（b）（i）为 50、70、90、110、130、150 及 190下恒温热处理两小时后的 PI 膜。各图中左侧为对比参照物（1.5 英寸圆硅片），右侧为放置在 1.5 英寸硅片上的PI 纳米纤维膜。PI 纳米纤维膜各方向收缩一致，无方向性。这与商业 PP、PE隔膜有很大的差异，商业 PP、PE 的热缩性具有各项异性，机械拉伸方向的热缩率较高。PI纳米纤维膜性能测试热收缩率PI 纳米纤维膜 90热处理后收缩较为明显。经测量，50至 190热处理后收缩率逐渐增大，分别为 0.84%、 1.07%

9、、 1.89%、 3.28%、 3.40%、 4.08%、4.54%以及 4.71%，另外经 200恒温热处理两小时后 PI 纳米纤维膜的收缩率为4.78%。PI 纳米纤维膜热缩率拟合曲线PI纳米纤维膜性能测试热收缩率各个条件下 SEM 图近年来锂电池的安全问题波音787飞机由于锂电池内部短路造成的安全事故。电动汽车自燃电动公交自燃充电宝爆炸电池内部短路！电池隔膜惹的祸！自闭合功能的耐高温隔膜设计PVDF-PI纳米纤维混纺PVDF 高聚物的熔点大约在 160左右，而 PI 高聚物具有高热稳定性及熔点。PVDF 和 PI 高聚物通过合理结构设计可获得一种具有自闭合功能的耐高温隔膜，且 PVDF

10、和 PI 的熔点温度差可防止由于热惯性导致的膜破损，在高温下依旧保持隔膜的尺寸稳定性。电纺 PI/PVDF/PI 三明治复合多孔膜。隔膜可以避免电池的内短路以及由此造成的热失控甚至爆炸。PI 与 PVDF 共混纤维膜 PI 和 PVDF 纳米纤维 SEM 图以及纤维直径分布直方图。（a）电纺 PI纳米纤维；（b）电纺 PVDF 纳米纤维；（c）PI 纳米纤维放大图；（d） PVDF 纳米纤维放大图；（e） PI 纳米纤维直径分布直方图；（f） PVDF 纳米纤维直径分布直方图。隔膜基本参数PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜和 PP 商业隔膜（南通天丰电子新材料有限公司）基本参数对比。（a）（b

11、）隔膜接触角对比 （a）PP 商业隔膜；（b）PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜隔膜基本参数热重分析结果对比 （a） PP 商业隔膜；（b） PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜。PP 商业隔膜在 150左右开始熔化，并在 200左右开始分解，而 PVDF 在 160就开始有少量分解，这可能是因为 PVDF 在高温下分解部分小分子引起的，但在接近 600左右 PI 才开始分解。就整体而言，PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜具有更好的热稳定性，使得电池内部即使高温也可以阻止正负两极的直接接触，而PVDF 在较低温度下就开始熔化，有助于实现自闭合功能。PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜热缩率商业 P

12、P 隔膜和电纺膜在 2 小时热处理前后的光学形貌对比。其中，未进行热处理的有（a、e），其余热处理温度分别为：（b、f）90；（c、g）160以及（d、h）180。（b）（h）的红色箭头表示隔膜的机械拉伸方向，所插入的数值代表隔膜的热缩率。PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜热缩率（eh）单独对比了 PVDF 和 PI 纳米纤维膜的热缩情况。当热处理温度为 160时，PVDF 纳米纤维膜转变为透明状，依据第三章所观测膜微观结构可知此时 PVDF 纳米纤维已经熔化坍塌，并已经开始收缩。当温度上升至 180时 PVDF 纳米纤维膜已经熔化并收缩严重，而至此 PI 纳米纤维膜基本保持不变，故 PI/P

13、VDF/PI 复合电纺隔膜在 180内引起的收缩应是 PVDF 纳米纤维膜的变形引起的，但支架 PI 保持隔膜不变形。PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜自闭合功能PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜经过 170热处理 2 小时后的 SEM 图。（a）PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜中 PI 纳米纤维保持原貌而 PVDF 纳米纤维成为连续无孔薄膜；（b）三层纤维膜交汇处特写；（c）无孔洞 PVDF 薄膜的 SEM 特写图。（c）的特写图进一步证实了当 PVDF 纳米纤维熔化形成连续薄膜后其表面不存在明显通孔。这意味着，当锂离子电池内部的温度升高到一定阶段时， PVDF 纳米纤维膜将熔化形成无孔连

14、续薄膜，借此有效切断锂离子在两电极间的传输通道、自动关断锂离子电池的运行以阻止热失控的出现。PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜电化学性能含 PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜的 CR2016 扣式电池的电压与电流随时间变化的实验结果。其中，隔膜处理条件如下：（a）未热处理；（b）160热处理；（c）170热处理；（d）180热处理。各条件下热处理时间为 1 小时。PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜电化学性能常温下，PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜与 PP 商业隔膜的交流阻抗测试。PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜在30 至 70条件下的交流阻抗谱。虽然 PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜的厚

15、度为 50um 左右，大于 PP 商业隔膜的厚度（40um），但其表现出的阻抗却在 0.70.8 范围，仅为 PP 商业隔膜阻抗的 1/3 左右。单独对 PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜在 30、 40、 50、 60 及 70温度环境下检测其交流阻抗频谱。结果随温度的上升交流阻抗值在不断减小。PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜电池循环寿命的影响（a）PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜与（b）PP 商业隔膜充放电电压电容关系，第 1、5、10、50 及 100 个循环。PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜首个循环不稳定，而第 5 个循环及后续循环均稳定，这是因复合电纺隔膜孔隙率较高、比表面积大

16、，电解液填充孔隙并与纳米纤维紧密结合需要一定时间造成的，且图中充放电曲线的交点逐渐向右移动，这意味着电池内阻逐渐减小，性能逐渐提升。相反，PP 商业隔膜的充放电曲线的交点逐渐向左移动，这意味着电池内阻逐渐增大，性能逐渐降低。从容量上看，两种电池都随着充放电次数的增加而衰减，但含 PP 商业隔膜电池的容量衰减速度明显高于 PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜的电池。这归功于 PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜的高孔隙率。PI/PVDF/PI 复合电纺隔膜总结顶层及底层的 PI 纳米纤维层作为隔膜的支撑骨架；中间层 PVDF 在约 170左右温度下实现自闭合功能。实现了 200高温下小于 5%热缩率的目标；200 充放电循环后依旧保持约 96%的放电比容量；PI/PVDF/PI 复合电纺膜是一种具有高热稳定性、孔隙率、吸液率、离子电导率、比容量保持率、低内阻以及可实现自闭合功能的隔膜。高温阻抗测试后隔膜形貌变化 （a）PI/PVDF/PI；（b）PP 目 录1轻子公司简介2静电纺丝纳米纤维及其运用3纳米纤维电池隔膜技术4纳米纤维电池隔膜产