本发明涉及一种热电池用轻量化柔性纤维复合隔膜及其制备方法，属于玻璃微纤维复合材料。
背景技术：
1、隔膜材料作为热电池的核心部件，是影响热电池性能的主要因素之一。现有热电池隔膜材料克重大且浸润性较差，造成电解质流动溢出而导致热电池内部短路，且需要通过粉末压片工艺制备而造成成本高、生产安全性和抗冲击性差等问题，亟待开发一种新型纤维复合隔膜材料实现对现有热电池粉体隔膜片的替代。因此，本发明的目的就是利用火焰喷吹法和静电纺丝法分别生产三种不同纤维平均直径的微米级超细玻璃纤维、纳米级高分子纤维和纳米级陶瓷纤维进行有效匹配包覆，一方面解决单一超细玻璃纤维网络脆性较大、纤维直径较粗、孔隙率低的缺点，另一方面解决静电纺丝制备出纳米级陶瓷纤维只能生产厚度很低的薄膜，无法形成一定厚度的3d体型结构，提供一种热电池用轻量化、高柔韧、高强度和隔膜性能优异的纤维复合隔膜制备方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种热电池用轻量化柔性纤维复合隔膜及其制备方法，以解决现有技术制备的微米级超细玻璃纤维与纳米级高分子纤维和纳米级陶瓷纤维均匀结合困难，难以有效条件多级孔隙结构，从而造成隔膜材料对熔融电解质吸附能力弱的问题。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种热电池用轻量化柔性纤维复合隔膜，所述轻量化隔音复合隔膜按质量百分数计组分包括：微米级超细玻璃纤维60～80wt％，纳米级静电纺丝高分子纤维5～10wt％，纳米级静电纺丝陶瓷纤维15～20wt％。
3、进一步的，所述微米级超细玻璃纤维包括三种不同的平均直径，平均直径分别为0.5μm、1.5μm和2.5μm，
4、进一步的，所述纳米级静电纺丝高分子纤维和纳米级静电纺丝陶瓷纤维均包括三种不同的平均直径，所述三种纳米级静电纺丝高分子纤维和三种纳米级静电纺丝陶瓷纤维平均直径为2nm、8nm和15nm。
5、进一步的，所述微米级超细玻璃纤维的组分按质量百分数计包括：sio2+al2o3+mgo+cao+b2o3：70～85wt％，碱金属氧化物(na2o+k2o)：11～15wt％，fe2o3≤0.5wt％。
6、进一步的，所述纳米级静电纺丝高分子纤维按质量百分数计包括a类：40～50wt％，b类：30～40wt％，c类：20～30wt％，其中，a类为聚酰亚胺，b类为聚四氟乙烯，c类为聚苯基喹噁啉。
7、进一步的，所述纳米级静电纺丝陶瓷纤维按质量百分数计包括a类：40～50wt％，b类：30～40wt％，c类：20～30wt％其中，a类为bn，b类为莫来石，c类为al2o3。
8、所述纤维复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：
9、步骤1，根据轻量化纤柔性维复合隔膜中微米级超细玻璃纤维的组分选取原材料混合均匀后投入窑炉熔炼成无杂质透明的玻璃液，然后玻璃液经过同一条窑炉料道分别流入并排摆放的1#-3#合金漏板，然后分别形成各自的一次玻璃纤维丝；
10、步骤2，一次玻璃纤维丝分别流入1#-3#火焰喷吹炉头，再分别在混合燃气作用下被二次熔融后高速牵拉成纤维平均直径为0.5μm、1.5μm和2.5μm的三种超细玻璃纤维；
11、步骤3，将a类聚酰亚胺、b类为聚四氟乙烯和c类为聚苯基喹噁啉分别利用静电纺丝法制备出纤维平均直径为2nm、8nm和15nm的三种高分子纤维，让三种不同直径的高分子纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的超细玻璃纤维表面；
12、步骤4，将a类为bn、b类为莫来石和c类为al2o3分别利用静电纺丝法制备出纤维平均直径为2nm、8nm和15nm的三种陶瓷纤维，让三种不同直径的陶瓷纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的复合纤维表面，然后均匀的分散在集棉机网带上，进而形成蓬松的轻量化柔性纤维复合隔膜；
13、步骤5，蓬松的轻量化柔性纤维复合隔膜经三段式热压定型、固化和烘干后制得针对热电池用轻量化柔性纤维复合隔膜成品。
14、进一步的，所述步骤3的将三种不同纤维平均直径的高分子纤维和陶瓷纤维均匀分布和缠绕的具体过程为：
15、步骤3.1，在每个火焰喷吹炉头正下方0.5m处各有一个静电纺丝喷嘴环，将一种高分子纤维均匀喷洒在步骤2的一种微米级超细玻璃纤维表面，形成的纤维复合隔膜含有三种复合纤维；
16、步骤3.2，在每个火焰喷吹炉头正下方1m处另各有一个静电纺丝喷嘴环，将一种陶瓷纤维均匀喷洒在步骤3.1的一种微米级超细玻璃纤维和纳米级高分子纤维的复合纤维表面，然后将已经均匀混合的三种混合纤维并依靠各自混合燃气的高速牵拉和成型网箱负压吸附的复合作用下，高速混合后飞向同一张裹有玻璃纤维布的成型集棉网带上，最终三种不同成分和直径的复合纤维均匀的分散在集棉机网带上。
17、进一步的，所述三种高分子纤维、三种陶瓷纤维和所述三种超细玻璃纤维的喷洒按相对粗细关系一一对应。即2nm的纳米级高分子纤维涂敷在0.5μm的超细玻璃纤维上，再涂敷2nm的陶瓷纤维，称为复合纤维ⅰ，即8nm的纳米级高分子纤维涂敷在1.5μm的超细玻璃纤维上，再涂敷8nm的陶瓷纤维，称为复合纤维ⅱ，即15nm的纳米级高分子纤维涂敷在2.5μm的超细玻璃纤维上，再涂敷15nm的陶瓷纤维，称为复合纤维ⅲ，所述复合纤维ⅰ、复合纤维ⅱ和复合纤维ⅲ，均匀的分散在集棉机网带上，进而形成蓬松的轻量化柔性纤维复合隔膜。
18、所述纤维复合隔膜的结构和应用，其特征在于，所述纤维复合隔膜的结构为三种不同直径的高分子纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的超细玻璃纤维表面为复合纤维a，三种不同直径的陶瓷纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的复合纤维a表面形成最终纤维复合隔膜，所述纤维复合隔膜在热电池上的应用。
19、所述热电池用轻量化柔性纤维复合隔膜的孔隙率≥99.9％，其中按体积占比，孔径≤2nm占85％，2nm≤孔径≤8nm占10％，孔径≥8nm占5％。
20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21、(1)本发明提出利用火焰喷吹法制备出纤维平均直径为0.5μm、1.5μm和2.5μm的三种超细玻璃纤维，以及利用静电纺丝法分别制备出纤维平均直径为2nm、8nm和15nm的三种纳米级高分子纤维和三种纳米级陶瓷纤维，保证了三种超细玻璃纤维与高分子纤维和陶瓷纤维分别一一对应粗细搭配，进而实现了进行纤维之间有效的缠绕和包覆，在超细玻璃纤维网络结构中引入复合纳米级纤维网络结构，进行网络结构和孔隙结构的分隔和重构，从而实现微米级超细玻璃微纤维与纳米级纤维所构建的三维网络结构和多级孔隙结构的可控构建，进而提升制成纤维复合隔膜的柔韧性和比表面积，最终提高了制成纤维复合隔膜的隔热性能。
22、(2)本发明提出每个火焰喷吹炉头正下方0.5m和1m处各有一个静电纺丝喷嘴环，可以实现微米级超细玻璃纤维与纳米级高分子纤维和纳米级陶瓷纤维有效缠绕和包覆，即每一根超细玻璃纤维表面都先缠绕和包覆一层纳米级高分子纤维，然后再缠绕和包覆一层纳米级陶瓷纤维，并在后续三段式热压过程中，高分子纤维熔融后均匀包裹在微米级超细玻璃纤维表面，形成了高分子包裹层，使得超细玻璃纤维和陶瓷纤维紧密的包裹贴合，一方面消除了超细玻璃纤维脆性大、易断的问题，另一方面使得微米级超细玻璃纤维骨架之间无需外加粘接剂和偶联剂，进而提升制成纤维复合隔膜的机械加工强度，最终提升了热电池的抗冲击性能。
23、(3)本发明提出利用静电纺丝法分别制备三种不同类型的纳米级高分子纤维(a类聚酰亚胺、b类为聚四氟乙烯和c类为聚苯基喹噁啉)和纳米级陶瓷纤维(a类为bn、b类为莫来石和c类为al2o3)，通过不同类型纳米级纤维在轻量化、比表面积、蓬松性和回弹性上的优势，通过微/纳米双网络诱导的稳定蓬松堆叠结构赋予了纤维复合隔膜的轻量化、优异的柔韧性和极高的孔隙率，提升了纤维复合隔膜对热电池熔融电解质的吸附能力，最终提升了热电池的比能量和工作寿命。
24、(4)本发明提出利用纳米级高分子纤维作为中间媒介，成功实现低成本微米级超细玻璃纤维骨架与耐高温纳米级陶瓷纤维之间有效缠绕和包覆，一方面可以提升制成纤维复合隔膜的耐温性，另一方面可以消除超细玻璃纤维脆性大和陶瓷纤维难以形成一定厚度的3d体型结构的难题，最终可以实现纤维复合隔膜材料对现有热电池粉体隔膜片的替代。