本发明涉及一种电池隔膜，具体涉及一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜及制备方法。
背景技术：
隔膜作为电池的四大组成成分之一，其主要作用是直接隔开电池正负极以阻止电池短路，保证电池内部正负极间离子自由传输的同时，并直接隔开电池正负极以防止电池短路。电池隔膜虽然是惰性材料，不直接参与到电池的电化学反应中，对电池的能量储存及输出没有直接的影响，但是其物理性能的好坏可极大地影响电池的安全性及电学性能同时保证电池内部离子的自由移动。目前，广泛使用的微孔聚烯烃类隔膜(pe、pp、pp/pe)，虽然具有优异的化学稳定性、制备工艺简单、成本低、孔径大小分布均匀，但这一类隔膜的耐热性能极差，易发生受热收缩、熔化，进而引起电池短路，引发火灾爆炸等事故；且该类隔膜对电解液的亲和性差，电解液需要较长的时间才能浸润隔膜，这也极大地增加了电池的组装成本。
现有的商用聚烯烃电池隔膜的制备过程主要是将无机纳米粒子通过胶粘剂粘结在隔膜表面，得到增强的聚烯烃复合隔膜。(1)发明专利cn111883721a提出的一种将无机纳米聚合物、聚烯烃基材、增塑剂、抗氧剂通过双螺杆挤出机高温下共挤出得到铸片后经双向拉伸后热定型后得到无机纳米聚合物改性聚烯烃锂电池隔膜，但该方法工艺复杂，所用组分繁多，影响隔膜锂离子传输速度等情况；(2)发明专利cn111725468a提出的一种将聚烯烃隔膜通过不同浓度的小分子锂盐/乙醇溶液浸润,再将二氧化硅无机纳米粒子/粘结剂混合溶液涂覆到经过浸润的聚烯烃隔膜表面,制备二氧化硅无机纳米粒子增强聚烯烃隔膜，但该方法制备得到的聚烯烃隔膜力学性能较差，使用过程中无机纳米粒子容易脱落；(3)发明专利cn111244361a提出的一种在聚烯烃隔膜的表面设有有序介孔二氧化硅涂层改性聚烯烃隔膜及其制备方法和应用，但该复合隔膜制备工艺复杂，胶黏剂、增稠剂使用对隔膜性能影响较大。
对位芳纶纤维因其具有高强度、高模量、高韧性、耐高温和比重轻的特性，具有良好的抗冲击性、化学稳定性、阻燃性和绝缘性，是航空航天、国防、电子通讯、石油化工等高端领域的重要原材料，广泛用于个体防护、防弹装甲、橡胶制品、摩擦材料、绝缘纸、等高端领域。对位芳纶纳米纤维(aramidnanofibers,anfs)作为近年来开发的一种新型纳米高分子纤维材料，既保留了常规宏观对位芳纶纤维优异的力学性能与热稳定性；同时，由于其独特的纳米尺度结构、大的长径比和比表面积，为其带来宏观芳纶纤维无法实现的复合增强效果，已成为构建高性能复合材料极具应用潜力的“增强构筑单元”之一，起着重要的界面增强与材料增韧作用。在纳米复合材料增强领域，可显著改善传统宏观芳纶纤维由于表面光滑、活性基团少、化学惰性强等缺陷所导致芳纶纤维与树脂等基体界面结合力差、材料强度低等问题。利用anfs作为复合材料的增强材料，由于其表面更多的活性官能团、更大的比表面积、在基体中更加均匀的分布状态，可以显著地协同增强树脂基复合材料的强度、模量与韧性，使其成为了一种极具应用潜力的可实现协同增强聚合物综合性能的新型纳米材料。同时，anfs之间通过氢键结合形成的网络交织结构具有优异的成膜效果，成膜具有高强、耐高温、透明且柔韧性好等优点，在电气绝缘、电池隔膜、吸附过滤、柔性电极、结构减重、生物组织等领域都显示出一定的应用潜能和发展前景。anfs在复合材料增强领域的应用研究已成为国内外高分子纳米纤维领域的研究热点与发展趋势之一。
三氧化二铝(al2o3)为一种白色无定型粉末状高硬度的无机材料，熔点2054℃，二氧化硅(sio2)为一种无定形白色粉末纳米颗粒，粒子尺寸在1～100nm，两者具有优异的耐高温性能和化学稳定性，将其应用于聚烯烃隔膜改性可显著提高复合隔膜离子电导率和耐温性能，但其在分散液中难以分散均匀，极易发生团聚现象。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜及制备方法，以克服现有技术存在的缺点，本发明将对位芳纶纳米纤维优异的成膜性、耐热稳定性与无机三氧化铝或二氧化硅纳米颗粒进行结合研发生产出具有良好亲液性、优异耐高温性能、高离子电导率，电化学性能优异的对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将对位芳纶纤维、dmso、koh和去离子水混合搅拌，制备对位芳纶纳米纤维溶液，其中对位芳纶纤维与koh的质量比为1:1.5，dmso与去离子水的体积比为25:1，且每100mldmso中加入1g对位芳纶纤维(对位芳纶纳米纤维溶液浓度为1％)；
步骤二：向对位芳纶纳米纤维溶液中加入无机纳米粒子，然后进行超声分散和充分搅拌，得到分散均一的对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子分散液；
步骤三：将对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子分散液用涂布棒和旋涂机均匀涂覆在商用聚烯烃隔膜表面，将涂布后的隔膜在水溶液中进行质子化还原，得到对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子增强的聚烯烃隔膜；
步骤四：将对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子增强的聚烯烃隔膜干燥得到对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜。
进一步地，步骤一中搅拌速度为800～1500rpm，搅拌温度为室温，搅拌时间为4-6小时。
进一步地，步骤一中对位芳纶纳米纤维的直径为8～15nm、长度为3～10μm。
进一步地，步骤二中无机纳米粒子为亲水性三氧化二铝或亲水性二氧化硅，所述亲水性三氧化二铝的粒径为20～40nm，亲水性二氧化硅的粒径为15～40nm，所述无机纳米粒子用量为对位芳纶纤维质量的1％～10％。
进一步地，步骤二中超声功率为500～1500w，超声时间为30～60min。
进一步地，步骤三中商用聚烯烃隔膜采用商用聚烯烃单层隔膜celgard2500或复合隔膜celgard2325，所述商用聚烯烃单层隔膜celgard2500或复合隔膜celgard2325的厚度均为25μm。
进一步地，步骤三中质子化还原时间为3～5小时。
进一步地，步骤三中涂覆的厚度为3～10μm，当采用涂布棒时，涂布棒长度120mm，涂布棒凹槽深度40μm；当采用旋涂机时，旋涂的转速为1000～1500rpm，旋涂时间60～90s。
进一步地，步骤四中干燥温度105℃，干燥时间10min。
一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜，采用上述的一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法制得。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明以对位芳纶纳米纤维和无机三氧化二铝、二氧化硅为体系制备分散液，以商用单层celgard2500和三层聚烯烃隔膜celgard2325为基底，充分发挥对位芳纶纳米纤维优异成膜效果以及热性能优异的特点，并与三氧化二铝、二氧化硅进行结合以改善隔膜的离子电导率，开发出具有优异热稳定性、耐热性、亲液性能以及优异电化学性能综合性能优异的新型隔膜材料，可满足高循环稳定性、高安全性、高倍率性能电池领域的应用。本发明利用芳纶纳米纤维优异的成膜性、耐高温性的特点与无机纳米粒子结合，增加了离子传输速度。本发明改善了目前商用聚烯烃隔膜孔径大、耐温性能差，易发生收缩，对电解液的亲和性差，离子电导率低，循环稳定性差等问题，提高了隔膜的综合性能，提升了其产品的应用领域，可满足锂离子电池、锂硫电池领域对隔膜的应用需求，从整体上提高了电池的能量密度、功率容量、循环寿命和安全性能。
本发明的复合涂层增强聚烯烃电池隔膜，利用对位芳纶纳米纤维在纳米尺度上具有优异力学性能、优异成膜效果的特点与无机纳米粒子三氧化二铝、二氧化硅进行复合制备复合涂层，利用简单涂布、旋涂方法在聚烯烃隔膜表面附加一层组装层得到耐温性能优异、电解液浸润性好、孔径大小均一，离子电导率高的新型隔膜。解决了目前商用聚烯烃隔膜耐温性能差、表面疏水，在电池循环过程中温度升高发生热收缩引起的电池起火爆炸的安全问题。
附图说明
图1是本发明制备工艺流程图；
图2是本发明实施例3得到的celgard2500-al2o3@anfs复合隔膜的扫描电子显微镜图；其中(a)、(b)为celgard2500扫描电镜图，(c)、(d)为al2o3@anfs扫描电镜图；
图3是本发明实施例4得到的celgard2325-al2o3@anfs复合隔膜的扫描电子显微镜图；其中(a)、(b)为celgard2325扫描电镜图，(c)、(d)为al2o3@anfs扫描电镜图；
图4是本发明实施例8得到的celgard2500-sio2@anfs复合隔膜的扫描电子显微镜图；其中(a)、(b)为celgard2500扫描电镜图，(c)、(d)为sio2@anfs扫描电镜图；
图5是本发明实施例4得到的celgard2325-sio2@anfs复合隔膜的扫描电子显微镜图；其中(a)、(b)为celgard2325扫描电镜图，(c)、(d)为sio2@anfs扫描电镜图；
图6是本发明实施例3和实施例4得到的al2o3@anfs复合隔膜接触角示意图；其中(a1)、(c)为celgard2500接触角图，(a2)、(d)为celgard2500-al2o3@anfs接触角图,(b1)、(e)为celgard2325接触角图，(b2)、(f)为celgard2325-al2o3@anfs接触角图；
图7是本发明实施例8和实施例9得到的sio2@anfs复合隔膜接触角示意图；其中(a)为celgard2500接触角图，(b)为celgard2500-sio2@anfs接触角图，(c)为celgard2325接触角图，(d)为celgard2325-sio2@anfs接触角图。
具体实施方式
下面对本发明的实施方式做进一步详细描述：
一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜，其制备原料包括：商用聚烯烃单层隔膜celgard2500、复合隔膜celgard2325为基底，质量浓度为1％对位芳纶纳米纤维溶液，亲水性三氧化二铝或亲水性二氧化硅，用量为对位芳纶纤维质量的1％～10％。
参见图1，对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜由以下方法制备：
步骤(1)：对位芳纶纤维、氢氧化钾koh、二甲基亚砜dmso、去离子水在室温条件下按照一定比例混合均匀，在室温条件下进行搅拌，搅拌转速800～1500rpm，搅拌时间为4～6小时制备得到对位芳纶纳米纤维溶液；其中对位芳纶纤维与氢氧化钾的质量比为1:1.5，二甲基亚砜与去离子水的体积比为25:1，且每100mldmso中加入1g对位芳纶纤维，对位芳纶纳米纤维的直径为8～15nm、长度为3～10μm；
步骤(2)：将无机纳米粒子加入(1)得到的对位芳纶纳米纤维溶液中，先在超声分散机中进行超声分散，然后在磁力搅拌器上进行搅拌，得到分散均匀、体系均匀的对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子分散液；无机纳米粒子采用亲水性三氧化二铝或亲水性纳米二氧化硅，其中亲水性三氧化二铝的粒径为20～40nm，亲水性纳米二氧化硅的粒径为15～40nm，超声功率为500～1500w，超声时间为30～60min；无机纳米粒子的用量按照对位芳纶纳米纤维的质量百分数来计算，添加量为1～10％；
步骤(3)：以celgard2500或celgard2325隔膜为基底，将(2)得到对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子分散液采用涂布或旋涂的方式均匀涂布在隔膜表面，然后将涂布后的隔膜放在水中进行质子化还原；其中celgard2500和celgard2325的厚度为25μm，涂布或旋涂的厚度为3～10μm，质子化还原的时间为3～5h；涂布棒长度120mm，涂布棒凹槽深度40μm；旋涂时，旋涂的转速为1000～1500rpm，旋涂时间60～90s。
步骤(4)：将(3)得到的对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃隔膜进行干燥得到增强的聚烯烃隔膜；其中干燥温度105℃，干燥时间10min。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
步骤(1)：取对位芳纶纤维1g，氢氧化钾1.5g，二甲基亚砜100ml，去离子水4ml，于室温条件下进行搅拌反应，搅拌转速为800rpm，搅拌反应时间为4h，得到均一的红色芳纶纳米纤维溶液a；
步骤(2)：取(1)得到的芳纶纳米纤维溶液50ml，向其中加入1％的三氧化二铝(0.005g，粒径20nm),在500w的超声分散机中超声30min，然后在磁力搅拌器中充分搅拌分散24h，得到分散均一的芳纶纳米纤维/三氧化二铝分散液b；
步骤(3)：以celgard2500为基底，用涂布棒将芳纶纳米纤维/三氧化二铝分散液b均匀的涂布在隔膜表面(涂布厚度3μm)，置于自来水体系中进行质子化还原，还原时间为3h；
步骤(4)：将(3)得到的经过还原后的改性隔膜在105℃的抄片器上进行干燥，干燥时间为10min，得到对位芳纶纳米纤维/三氧化二铝复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
实施例2
步骤(1)：取对位芳纶纤维1g，氢氧化钾1.5g，二甲基亚砜100ml，去离子水4ml，于室温条件下进行搅拌反应，搅拌转速为1200rpm，搅拌反应时间为5h，得到均一的红色芳纶纳米纤维溶液a；
步骤(2)：取(1)得到的芳纶纳米纤维溶液50ml，向其中加入3％的三氧化二铝(0.015g，粒径25nm),在800w的超声分散机中超声40min，然后在磁力搅拌器中充分搅拌分散24h，得到分散均一的芳纶纳米纤维/三氧化二铝分散液b；
步骤(3)：以celgard2500为基底，用涂布棒将芳纶纳米纤维/三氧化二铝分散液b均匀的涂布在隔膜表面(涂布厚度5μm)，置于自来水体系中进行质子化还原，还原时间为4h；
步骤(4)：将(3)得到的经过还原后的改性隔膜在105℃的抄片器上进行干燥，干燥时间为10min，得到对位芳纶纳米纤维/三氧化二铝复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
实施例3
步骤(1)：取对位芳纶纤维1g，氢氧化钾1.5g，二甲基亚砜100ml，去离子水4ml，于室温条件下进行搅拌反应，搅拌转速为1500rpm，搅拌反应时间为6h，得到均一的红色芳纶纳米纤维溶液a；
步骤(2)：取(1)得到的芳纶纳米纤维溶液50ml，向其中加入5％的三氧化二铝(0.025g，粒径30nm),在1200w的超声分散机中超声50min，然后在磁力搅拌器中充分搅拌分散24h，得到分散均一的芳纶纳米纤维/三氧化二铝分散液b；
步骤(3)：以celgard2500为基底，用涂布棒将芳纶纳米纤维/三氧化二铝分散液b均匀的涂布在隔膜表面(涂布厚度8μm)，置于自来水体系中进行质子化还原，还原时间为5h；
步骤(4)：将(3)得到的经过还原后的改性隔膜在105℃的抄片器上进行干燥，干燥时间为10min，得到对位芳纶纳米纤维/三氧化二铝复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
实施例4
步骤(1)：取对位芳纶纤维1g，氢氧化钾1.5g，二甲基亚砜100ml，去离子水4ml，于室温条件下进行搅拌反应，搅拌转速为1200rpm，搅拌反应时间为4h，得到均一的红色芳纶纳米纤维溶液a；
步骤(2)：取(1)得到的芳纶纳米纤维溶液50ml，向其中加入8％的三氧化二铝(0.04g，粒径35nm),在1500w的超声分散机中超声60min，然后在磁力搅拌器中充分搅拌分散24h，得到分散均一的芳纶纳米纤维/三氧化二铝分散液b；
步骤(3)：以celgard2325为基底，用涂布棒将芳纶纳米纤维/三氧化二铝分散液b均匀的涂布在隔膜表面(涂布厚度10μm)，置于自来水体系中进行质子化还原，还原时间为4h；
步骤(4)：将(3)得到的经过还原后的改性隔膜在105℃的抄片器上进行干燥，干燥时间为10min，得到对位芳纶纳米纤维/三氧化二铝复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
实施例5
步骤(1)：取对位芳纶纤维1g，氢氧化钾1.5g，二甲基亚砜100ml，去离子水4ml，于室温条件下进行搅拌反应，搅拌转速为1000rpm，搅拌反应时间为6h，得到均一的红色芳纶纳米纤维溶液a；
步骤(2)：取(1)得到的芳纶纳米纤维溶液50ml，向其中加入10％的三氧化二铝(0.05g，粒径40nm),在1500w的超声分散机中超声40min，然后在磁力搅拌器中充分搅拌分散24h，得到分散均一的芳纶纳米纤维/三氧化二铝分散液b；
步骤(3)：以celgard2325为基底，用涂布棒将芳纶纳米纤维/三氧化二铝分散液b均匀的涂布在隔膜表面(涂布厚度5μm)，置于自来水体系中进行质子化还原，还原时间为5h；
步骤(4)：将(3)得到的经过还原后的改性隔膜在105℃的抄片器上进行干燥，干燥时间为10min，得到对位芳纶纳米纤维/三氧化二铝复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
实施例6
步骤(1)：取对位芳纶纤维1g，氢氧化钾1.5g，二甲基亚砜100ml，去离子水4ml，于室温条件下进行搅拌反应，搅拌转速为800rpm，搅拌反应时间为4h，得到均一的红色芳纶纳米纤维溶液a；
步骤(2)：取(1)得到的芳纶纳米纤维溶液50ml，向其中加入1％的二氧化硅(0.005g，粒径15nm),在500w的超声分散机中超声30min，然后在磁力搅拌器中充分搅拌分散24h，得到分散均一的芳纶纳米纤维/二氧化硅分散液b；
步骤(3)：以celgard2500为基底，用旋涂机将芳纶纳米纤维/二氧化硅分散液b均匀的旋涂在隔膜表面，旋涂转速1000rpm，旋涂时间60s，旋涂厚度3μm，置于自来水体系中进行质子化还原，还原时间为3h；
步骤(4)：将(3)得到的经过还原后的改性隔膜在105℃的抄片器上进行干燥，干燥时间为10min，得到对位芳纶纳米纤维/二氧化硅复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
实施例7
步骤(1)：取对位芳纶纤维1g，氢氧化钾1.5g，二甲基亚砜100ml，去离子水4ml，于室温条件下进行搅拌反应，搅拌转速为1200rpm，搅拌反应时间为5h，得到均一的红色芳纶纳米纤维溶液a；
步骤(2)：取(1)得到的芳纶纳米纤维溶液50ml，向其中加入3％的二氧化硅(0.015g，粒径30nm),在800w的超声分散机中超声40min，然后在磁力搅拌器中充分搅拌分散24h，得到分散均一的芳纶纳米纤维/二氧化硅分散液b；
步骤(3)：以celgard2500为基底，用旋涂机将芳纶纳米纤维/二氧化硅分散液b均匀的旋涂在隔膜表面，旋涂转速1200rpm，旋涂时间70s，旋涂厚度5μm，置于自来水体系中进行质子化还原，还原时间为4h；
步骤(4)：将(3)得到的经过还原后的改性隔膜在105℃的抄片器上进行干燥，干燥时间为10min，得到对位芳纶纳米纤维/二氧化硅复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
实施例8
步骤(1)：取对位芳纶纤维1g，氢氧化钾1.5g，二甲基亚砜100ml，去离子水4ml，于室温条件下进行搅拌反应，搅拌转速为1500rpm，搅拌反应时间为6h，得到均一的红色芳纶纳米纤维溶液a；
步骤(2)：取(1)得到的芳纶纳米纤维溶液50ml，向其中加入5％的二氧化硅(0.025g，粒径40nm),在1200w的超声分散机中超声50min，然后在磁力搅拌器中充分搅拌分散24h，得到分散均一的芳纶纳米纤维/二氧化硅分散液b；
步骤(3)：以celgard2500为基底，用旋涂机将芳纶纳米纤维/二氧化硅分散液b均匀的旋涂在隔膜表面，旋涂转速1500rpm，旋涂时间80s，旋涂厚度8μm，置于自来水体系中进行质子化还原，还原时间为5h；
步骤(4)：将(3)得到的经过还原后的改性隔膜在105℃的抄片器上进行干燥，干燥时间为10min，得到对位芳纶纳米纤维/二氧化硅复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
实施例9
步骤(1)：取对位芳纶纤维1g，氢氧化钾1.5g，二甲基亚砜100ml，去离子水4ml，于室温条件下进行搅拌反应，搅拌转速为1200rpm，搅拌反应时间为4h，得到均一的红色芳纶纳米纤维溶液a；
步骤(2)：取(1)得到的芳纶纳米纤维溶液50ml，向其中加入8％的二氧化硅(0.04g，粒径30nm),在1500w的超声分散机中超声60min，然后在磁力搅拌器中充分搅拌分散24h，得到分散均一的芳纶纳米纤维/二氧化硅分散液b；
步骤(3)：以celgard2325为基底，用旋涂机将芳纶纳米纤维/二氧化硅分散液b均匀的旋涂在隔膜表面，旋涂转速1400rpm，旋涂时间90s，旋涂厚度10μm，置于自来水体系中进行质子化还原，还原时间为4h；
步骤(4)：将(3)得到的经过还原后的改性隔膜在105℃的抄片器上进行干燥，干燥时间为10min，得到对位芳纶纳米纤维/二氧化硅复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
实施例10
步骤(1)：取对位芳纶纤维1g，氢氧化钾1.5g，二甲基亚砜100ml，去离子水4ml，于室温条件下进行搅拌反应，搅拌转速为1000rpm，搅拌反应时间为6h，得到均一的红色芳纶纳米纤维溶液a；
步骤(2)：取(1)得到的芳纶纳米纤维溶液50ml，向其中加入10％的二氧化硅(0.05g，粒径15nm),在1500w的超声分散机中超声40min，然后在磁力搅拌器中充分搅拌分散24h，得到分散均一的芳纶纳米纤维/二氧化硅分散液b；
步骤(3)：以celgard2325为基底，用旋涂机将芳纶纳米纤维/二氧化硅分散液b均匀的旋涂在隔膜表面，旋涂转速1500rpm，旋涂时间70s，旋涂厚度5μm，置于自来水体系中进行质子化还原，还原时间为5h；
步骤(4)：将(3)得到的经过还原后的改性隔膜在105℃的抄片器上进行干燥，干燥时间为10min，得到对位芳纶纳米纤维/二氧化硅复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜。
以实施例3、4和实施例8、9为例，对本发明制得的芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜进行检测，扫描电子显微镜结果表明celgard2500和celgard2325隔膜具有规则的孔隙结构，其中celgard2500的平均孔径大小为294.12nm，celgard2325的平均孔径大小为193.18nm，经过芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强之后孔径大小减小，但其孔径并未完全消失，其中无机纳米粒子三氧化二铝、二氧化硅在结构中均匀分布，这将直接影响隔膜的亲液性和离子电导率；参见图2、图3和图4、图5。接触角测定结果表明，聚烯烃隔膜表面为疏水结构，接触角大小为129.9°和107.7°，经对位芳纶纳米纤维/三氧化二铝复合涂层增强之后隔膜的接触角达到33.2°和29.9°，经对位芳纶纳米纤维/二氧化硅复合涂层增强之后隔膜的接触角达到28.6°和25.4°由疏水结构变为亲水结构，在后续组装电池过程中将与电解液有良好的浸润性，缩短电池组装的时间，节约生产成本；参见图6和图7。经芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强的聚烯烃电池隔膜在孔径大小、电解液浸润性、耐热性能以及电化学等综合性能上得到显著提高，在高性能锂离子电池、锂硫电池等电池储能领域具有广阔的应用前景和应用价值。
1.一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将对位芳纶纤维、dmso、koh和去离子水混合搅拌，制备对位芳纶纳米纤维溶液，其中对位芳纶纤维与koh的质量比为1:1.5，dmso与去离子水的体积比为25:1，且每100mldmso中加入1g对位芳纶纤维；
步骤二：向对位芳纶纳米纤维溶液中加入无机纳米粒子，然后进行超声分散和充分搅拌，得到分散均一的对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子分散液；
步骤三：将对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子分散液用涂布棒和旋涂机均匀涂覆在商用聚烯烃隔膜表面，将涂布后的隔膜在水溶液中进行质子化还原，得到对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子增强的聚烯烃隔膜；
步骤四：将对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子增强的聚烯烃隔膜干燥得到对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤一中搅拌速度为800～1500rpm，搅拌温度为室温，搅拌时间为4-6小时。
3.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤一中对位芳纶纳米纤维的直径为8～15nm、长度为3～10μm。
4.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤二中无机纳米粒子为亲水性三氧化二铝或亲水性二氧化硅，所述亲水性三氧化二铝的粒径为20～40nm，亲水性二氧化硅的粒径为15～40nm，所述无机纳米粒子用量为对位芳纶纤维质量的1％～10％。
5.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤二中超声功率为500～1500w，超声时间为30～60min。
6.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤三中商用聚烯烃隔膜采用商用聚烯烃单层隔膜celgard2500或复合隔膜celgard2325，所述商用聚烯烃单层隔膜celgard2500或复合隔膜celgard2325的厚度均为25μm。
7.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤三中质子化还原时间为3～5小时。
8.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤三中涂覆的厚度为3～10μm，当采用涂布棒时，涂布棒长度120mm，涂布棒凹槽深度40μm；当采用旋涂机时，旋涂的转速为1000～1500rpm，旋涂时间60～90s。
9.根据权利要求1所述的一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤四中干燥温度105℃，干燥时间10min。
10.一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一种对位芳纶纳米纤维/无机纳米粒子复合涂层增强聚烯烃电池隔膜的制备方法制得。
技术总结