專利名稱：應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn₂O₄類纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是以嵌鋰化合物作為正負(fù)極材料的新一代高比能電池，具有電池電壓高，比能量大，循環(huán)壽命長，自放電小以及有利于環(huán)保等優(yōu)點，因此成為化學(xué)電源領(lǐng)域的研究熱點。鋰離子電池的負(fù)極一般采用改性石墨等碳材料。在鋰離子電池的普及應(yīng)用過程中，制備性能優(yōu)越而且價格便宜的正極材料是鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。鋰離子電池正極材料主要是鋰與過渡金屬氧化物形成的嵌入化合物，如具有層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2和LiNiO2和具有正尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn204。LiMn2O4具有如下優(yōu)點:錳的儲量豐富價格低；低毒，易于回收；耐過充電的熱穩(wěn)定性、安全性能好?？勺鳛殡妱榆嚭碗妱庸ぞ叩葎恿﹄娫吹恼龢O材料。但是尖晶石LiMn2O4在循環(huán)過程和高溫條件下(55 V)的容量衰減過快，是制約它進(jìn)一步市場化的主要因素。大多數(shù)研究者認(rèn)為，導(dǎo)致LiMn2O4循環(huán)性能差的主要因素是:Mn在電解質(zhì)中的溶解、電解液的分解和John-Teller效應(yīng)。為了抑制LiMn2O4的容量衰減，人們對材料進(jìn)行摻雜改性，以提高它的穩(wěn)定性。通常采用陽離子(如RE、Li1+、Co3+、Ni2+等)、陰離子(如S2、F、C1等)、或陰陽離子共同摻雜(如Al-F，Co-S等)來提高尖晶石LiMn2O4的穩(wěn)定性，降低充放電過程中對材料結(jié)構(gòu)的破壞程度。自從1981年，Hunter用固相法制備LiMn2O4正極材料至今，對尖晶石LiMn2O4作為鋰離子二次電池的正極材料的研究已有近二十年的歷史。早在研究之初，用固相法制備的化學(xué)計量比的正尖晶石LiMn2O4就被發(fā)現(xiàn)在充放電循環(huán)過程中，容量逐漸衰減，因此，人們把注意力放在了用非固相法(溶膠一凝膠法，液相浸潰法等)制備非化學(xué)計量比的和摻雜了其它元素的尖晶石結(jié)構(gòu)材料。面對日益短缺的石油能源危機，尋找環(huán)境友好、低碳、可持續(xù)發(fā)展的再生能源是一項亟待研究和解決的任務(wù)。作為化學(xué)儲能的鋰離子電池，由于具有高電壓、高能量密度、循環(huán)壽命長和無記憶效應(yīng)等優(yōu)點而得到的廣泛研究和發(fā)展。但是，目前商業(yè)化的鋰離子電池(Lithium 1n Batteries)應(yīng)用主用集中于低功率產(chǎn)品,對于大功率應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)與問題，如高倍率充放電下表現(xiàn)出較高的極化效應(yīng)和容量衰減問題。對于正極材料LiMn2O4而言，由于其具有較高的平臺電壓、環(huán)保、豐富的錳資源以及相對較低的成本等優(yōu)點而備受關(guān)注。普通微米級的LiMn2O4由于具有較長的鋰離子擴(kuò)散路徑而導(dǎo)致較低的倍率性能，從而影響其高功率應(yīng)用。近年來，納米材料的功能化研究已經(jīng)得到了廣泛關(guān)注，也被認(rèn)為是提高高功率電極材料應(yīng)用的一種行之有效的途徑。由于其大大縮短了鋰離子擴(kuò)散長度，減少了高倍率充放電下的極化效應(yīng)。隨著共混分散加工的飛速發(fā)展，對加工中各種組分的細(xì)化、分散效果及最終混合物的混合狀態(tài)，形態(tài)結(jié)構(gòu)要求越來越高，相應(yīng)地出現(xiàn)了種類繁多的適應(yīng)不同混合工藝要求的混煉設(shè)備，如雙螺桿擠出機，盤式擠出機，行星螺桿擠出機，還有近兩年推向市場的往復(fù)式單螺桿混煉擠出機，以及螺桿震動連續(xù)混煉機，這些設(shè)備在改性領(lǐng)域發(fā)揮著很好的作用。應(yīng)當(dāng)肯定，機械設(shè)備是完成混合、分散工藝、實現(xiàn)改性的重要工具。三螺桿密煉擠出機的出現(xiàn)為混合、分散工藝提供了新的技術(shù)平臺，因為呈等邊三角形排列的三根螺桿在中心區(qū)間形成了一個閉合空間，由于螺紋元件是三個頭的，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動一周時，在螺桿的任一截面，中心區(qū)間的面積將由小變大變化三次，如0°時區(qū)間面積最小，旋轉(zhuǎn)60°時變?yōu)樽畲螅笥种饾u變小到120°時回到最小，如此循環(huán)，如螺桿長頸比為30，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分鐘時，每分鐘的變化次數(shù)為30X3X500=45000次，即45000次壓力脈動。顯而易見，雙螺桿只有一個嚙合點，三螺桿有三個嚙合點，僅就此而言，一臺三螺桿擠出機相當(dāng)于三臺雙螺桿擠出機，物料在嚙合點處受到雙倍圓周速度的強烈剪切，加上加熱器加熱物料將很快塑化。同時，由于每次壓縮比都達(dá)到43倍，形成特定的密練分散超強功能。單螺桿沒有嚙合區(qū)，雙螺桿有一個嚙合區(qū)，一字排列的三螺桿有兩個嚙合區(qū)，三角形排列的三螺桿有三個嚙合區(qū)。三螺桿擠出機嚙合區(qū)增多使得碾壓面積成倍增加，運轉(zhuǎn)中對物料構(gòu)成了高效的擠壓、破碎、揉捏、壓延、拉伸作用。因此，螺桿每旋轉(zhuǎn)一周都會增加物料混煉、均化、揉捏和剪切的次數(shù)，設(shè)備的混煉、熔融和分散混合的能力更強，正是這種高效的混捏作用，使三螺桿無需單螺桿或雙螺桿的大直徑、大長徑比，就可獲得同等質(zhì)量同等產(chǎn)量的生產(chǎn)條件，充分體現(xiàn)出三螺桿擠出機高效的混合均化特性、結(jié)構(gòu)上的緊湊性和經(jīng)濟(jì)性。共混物的廣泛應(yīng)用和市場需求量的不斷增大，人們對共混物材料的性能要求也不斷提高，但大多數(shù)共混物的各組分間是熱力學(xué)不相容的，不相容的共混物分散相相疇粗大、兩相之間的界面作用薄弱，力學(xué)性能差、實用價值降低，而通過不同的加工條件可改善制品的微觀結(jié)構(gòu)、提高制品的使用性能。三螺桿共混物混煉擠出過程，將不可避免地對分散相在基體中的分散形態(tài)及兩相界面產(chǎn)生影響。一方面，共混物三螺桿動態(tài)混煉擠出機螺桿的軸向螺紋的高速運動引起了大分子鏈段的擴(kuò)散和運動，減小了大分子鏈段、鏈段之間的相互纏結(jié)及分子滑移阻力，使分子解纏、取向更加容易，分散相和連續(xù)相的界面面積增大，分散相粒子的分布更加均勻，形狀更規(guī)則；另一方面，共混物三螺桿動態(tài)混煉擠出機的螺桿嚙合間隙的周期性變化導(dǎo)致間隙內(nèi)的分散相粒子受到振動研磨，引起的純拉伸流場亦有利于分散相的破碎，從而使分散相粒子粒徑減小，分散混合效果提高。熔噴纖維生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的拓展促進(jìn)了高性能聚合物的使用，以滿足產(chǎn)業(yè)用紡織品的特別需求，如纖維細(xì)度小，耐高溫、耐化學(xué)性、良好的強度和彈性、醫(yī)療用產(chǎn)品舒適性、與食品接觸的安全性等要求。超臨界流體，是指某種物質(zhì)在臨界點臨界溫度，臨界壓力以上，所具有不同于液體或氣體的獨特物性的流體，既具有氣體的特性又具有液體的特性，因此可以說，超臨界流體是存在于氣體、液體這兩種流體狀態(tài)以外的第三流體。超臨界流體具有與液體相近的密度，因而有很強的溶劑強度，同時具有與氣體相近的粘度，流動性比液體好得多，傳質(zhì)系數(shù)也比液體大得多。且流體的密度、溶劑強度和粘度等性能均可通過壓力和溫度的變化方便地進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而有廣泛的應(yīng)用前景。采用超臨界CO2進(jìn)行萃取已得到廣泛研究和工業(yè)應(yīng)用。在聚合物加工中采用超臨界CO2雖然不多，但已得到相當(dāng)?shù)闹匾暫蛷V泛的研究，如超臨界CO2為介質(zhì)的聚合反應(yīng)、采用超臨界CO2向聚合物中加入添加劑、超臨界CO2溶脹聚合得到共混物和復(fù)合材料、聚合物分級、萃取齊聚物和溶劑、微球和微纖制備、結(jié)晶等。在微孔聚合物制備中使用超臨界流體具有以下優(yōu)點:
(I)傳質(zhì)系數(shù)高，可在較短的時間內(nèi)達(dá)到平衡濃度，因而縮短了加工時間，使微孔聚合物制備的工業(yè)應(yīng)用成為可能。(2)在相同溫度下，使用超臨界CO2可達(dá)到更高的平衡濃度，因而可得到更高的泡孔密度和更小的泡孔直徑。(3)由于超臨界流體溶入聚合物可大大降低聚合物的粘度，從而減少了熔噴壓力并提高熔體的流動性。通過改變超臨界流體的溫度或壓力，可以得到處于氣態(tài)和液態(tài)之間的任一密度；在臨界點附近，壓力和溫度的微小變化可導(dǎo)致密度的巨大變化。由于粘度、介電常數(shù)、擴(kuò)散系數(shù)和溶解能力都與密度有關(guān)，因此可以方便地調(diào)節(jié)壓力和溫度來控制超臨界流體的物理化學(xué)性質(zhì)。微孔聚合物的制備主要基于氣體過飽和法?；具^程為:首先使高壓氣體(CO2和隊)溶解于聚合物中形成聚合物/氣體飽和體系；然后通過壓力驟降和(或)溫度驟升使之進(jìn)入過飽和狀態(tài)，從而大量氣核同時引發(fā)和增長；最后通過淬火等方法使微孔結(jié)構(gòu)定型。傳統(tǒng)泡沫塑料物理發(fā)泡的改進(jìn)在于嚴(yán)格控制溫度、壓力、時間等工藝參數(shù)，使得大量氣核能夠同時引發(fā)，且不歸并成大泡，從而得到微孔結(jié)構(gòu)。采用過飽和原理制備微孔聚合物的工藝方法，根據(jù)操作的連續(xù)程度不同主要有分步法、半連續(xù)法以及擠出、注塑、滾塑等連續(xù)法。分步法及半連續(xù)法由于形成聚合物/氣體飽和體系所需時間由氣體向聚合物基體的擴(kuò)散速度決定，因而耗時長，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，主要應(yīng)用于理論研究。而與實際三螺桿密煉擠出機熔噴加工相一致的連續(xù)法的出現(xiàn)，使得微孔LiMn2O4類纖維的實際應(yīng)用成為可能。微孔LiMn2O4類纖維的力學(xué)性能主要取決與微孔結(jié)構(gòu)(包括:孔尺寸、孔密度、孔分布、和孔取向)以及分子鏈取向。而通過優(yōu)化工藝，控制微孔結(jié)構(gòu)和分子鏈取向可以得到性能優(yōu)良的微孔LiMn2O4類纖維。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4超細(xì)纖維的方法，以滿足鋰電池為基礎(chǔ)的紡織、電氣、電子、機械、醫(yī)療、化工、食品及航空航天等相關(guān)領(lǐng)域的需求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法，包括如下步驟:
(1)將錳源:鋰源:摻雜源按摩爾比為1.88 1.95: 0.8 1.2: 0.05 0.12的比例稱取，然后配制IM的鋰源溶液，與等體積的6 M濃氨水混合攪拌制得溶液I ;同時配制0.8 M的錳源溶液，加入適量的摻雜劑，混合攪拌后制得溶液II。將溶液I1、溶液I導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機混合得到共混物；
(2)將超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17MPa)，使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實并逐漸成均相體；(3)在過濾器部分，均相體經(jīng)過過濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑；
(4)在計量泵部分，均相體經(jīng)齒輪計量泵進(jìn)行熔體計量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻
度；
(5)均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出；
(6)從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)；同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維。(8)經(jīng)自然冷卻后得到纖維放入煅燒爐，燒結(jié)工藝為:以flO 0C/ min的升溫速率從室溫加熱到400 0C ,在400 0C保溫2h，然后以I 10 °C/ min的升溫速率從400°C加熱到55(T850°C焙燒溫度，再保溫24 h，然后隨爐冷卻，即得LiMn2O4超細(xì)微孔類纖維。所述的錳源為醋酸錳等，但不局限于此。

所述的Li 源為 Li0H、LiH2P04、Li2CO3、CH3C00Li.2Η20、LiNO3 等,但不局限于此。摻雜源為硝酸鉻、Cr2O3、CrF3、RE、Co3+、Ni2+、S2、F、Cl、A1_F，或Co-S 等，但不局限于此。所述超臨界流體為超臨界N2, H2O或者超臨界C02。所述超臨界流體為超臨界N2時，其溫度為5(T380°C，壓力為7 40MPa，超臨界N2與共混物的質(zhì)量比為1:400-1 =IO0所述超臨界流體為超臨界CO2時，其溫度為5(T380°C，臨界壓力為7 40MPa，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Γ :10ο所述均相體與外界的壓力差為7 40MPa，熔噴速率為l(T2000cm3/s。本發(fā)明的優(yōu)點顯著，采用本發(fā)明的以三螺桿密煉擠出機紡絲制備聚合物微孔LiMn2O4類纖維的方法，可制得超細(xì)(20-90000nm)的微孔LiMn2O4類纖維。所制備的微孔LiMn204類纖維可滿足鋰電池為基礎(chǔ)的紡織、電氣、電子、機械、醫(yī)療、化工、食品及航空航天等相關(guān)領(lǐng)域的需求。


圖1是應(yīng)用超臨界流體熔噴紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法原理示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。實施例1
按照LiyCrxMn2- x04 ( y= 1.00; x= 0.08)的化學(xué)計量比稱量原料，然后配制IM的LiOH溶液，與等體積的6 M濃氨水混合攪拌制得溶液I ;同時配制0.8 M的醋酸錳溶液，加入適量的硝酸鉻，混合攪拌后制得溶液II。同時將溶液1、溶液II導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機混合得到共混物；將溫度為50-380°C，壓力為7-40MPa的超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17 MPa)，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Tl:10。使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實并逐漸成均相體；均相體應(yīng)經(jīng)過過濾介質(zhì),濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑。均相體經(jīng)齒輪計量泵進(jìn)行熔體計量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度。如圖1所示，圖中箭頭A表示均相混合物熔體的注入方向，箭頭B表示牽伸用熱空氣流動方向，箭頭C表示冷空氣流動方向。均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)1、孔流區(qū)2和膨化區(qū)3從模頭噴絲孔擠出，熔噴速率為10-2000cm3/s。從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)290-320°C高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維。經(jīng)自然冷卻后得到纖維放入煅燒爐，燒結(jié)工藝為:以廣10 V / min的升溫速率從室溫加熱到400 V，在400 V保溫2h，然后以I 10 0C / min的升溫速率從400 V加熱到55(T850°C焙燒溫度，再保溫24 h，然后隨爐冷卻，即得LiMn2O4超細(xì)微孔類纖維?？梢灾苯邮褂迷揕iMn2O4纖維做鋰電池正極材料。實施例2
按照LiyCrxMn2_ x04 ( y= 1.05; x= 0.05)的化學(xué)計量比稱量原料，然后配制1.05M的LiOH溶液，與等體積的6 M濃氨水混合攪拌制得溶液I ;同時配制0.8 M的醋酸錳溶液，加入適量的硝酸鉻，混合攪拌后制得溶液II。同時將溶液1、溶液II導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機混合得到共混物；將80°C，16 MPa超臨界CO2的超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17 MPa)，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為l:10(Tl:10。使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實并逐漸成均相體；均相體應(yīng)經(jīng)過過濾介質(zhì),濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑；均相體經(jīng)齒輪計量泵進(jìn)行熔體計量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度；均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出；從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維；經(jīng)自然冷卻后得到纖維放入煅燒爐，燒結(jié)工藝為:以廣10 0C / min的升溫速率從室溫加熱到4000C ,在400 V保溫2h，然后以I 10 0C / min的升溫速率從400 V加熱到55(T850°C焙燒溫度，再保溫24 h，然后隨爐冷卻，即得LiMn2O4超細(xì)微孔類纖維。可以直接使用該LiMn2O4纖維做鋰電池正極材料。實施例3
按照LiyCrxMn2_ x04 ( Y= I.I ； x= 0.05)的化學(xué)計量比稱量原料，然后配制1.1M的LiOH溶液，與等體積的6 M濃氨水混合攪拌制得溶液I ;同時配制0.8 M的醋酸錳溶液，加入適量的硝酸鉻，混合攪拌后制得溶液II。同時將溶液1、溶液II導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機混合得到共混物；將50°C，7MPa超臨界N2的超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機與上述共混物混合并維持一定壓力(7-17 MPa),超臨界N2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Tl:
10。使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成。繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實并逐漸成均相體；均相體應(yīng)經(jīng)過過濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑。均相體經(jīng)齒輪計量泵進(jìn)行熔體計量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度。均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出。從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)290°C高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)。同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維。經(jīng)自然冷卻后得到纖維放入煅燒爐，燒結(jié)工藝為:以廣10 V / min的升溫速率從室溫加熱到400 V，在400 V保溫2h，然后以I 10 0C / min的升溫速率從400 V加熱到55(T850°C焙燒溫度，再保溫24 h，然后隨爐冷卻，即得LiMn2O4超細(xì)微孔類纖維?？梢灾苯邮褂迷揕iMn2O4纖維做鋰電池正極材料。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)將錳源:鋰源:摻雜源按摩爾比為1.88 1.95: 0.8 1.2: 0.05 0.12的比例稱取，然后配制IM的鋰源溶液，與等體積的6 M濃氨水混合攪拌制得溶液I ;同時配制0.8 M的錳源溶液，加入適量的摻雜源，混合攪拌后制得溶液II，將溶液I1、溶液I導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機混合得到共混物； (2)將超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機與上述共混物混合并維持壓力為7-17MPa,使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成；繼而經(jīng)螺桿壓縮段壓實并逐漸成均相體； (3)在過濾器部分，均相體經(jīng)過過濾介質(zhì)，濾去雜質(zhì)和聚合反應(yīng)后殘留的催化劑； (4)在計量泵部分，均相體經(jīng)齒輪計量泵進(jìn)行熔體計量，以精確控制纖維細(xì)度和均勻度； (5)均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出； (6)從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)高速熱空氣流的 牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)；同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維； (8)經(jīng)自然冷卻后得到纖維放入煅燒爐，燒結(jié)工藝為:以flO 0C / min的升溫速率從室溫加熱到400°C，在400°C保溫2h，然后以I 10 °C / min的升溫速率從400°C加熱到55(T850°C焙燒溫度，再保溫24 h，然后隨爐冷卻，即得LiMn2O4超細(xì)微孔類纖維。
2.一種應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法，其特征在于:所述的錳源為醋酸錳等錳鹽；所述的 Li 源為 LiOH, LiH2PO4' Li2CO3、CH3COOLi.2H20 或 LiNO3 ； 所述的摻雜源為硝酸鉻、Cr2O3、CrF3、RE、Co3+、Ni2+、S2、F、Cl、A1_F，或 Co_S。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法，其特征在于:所述超臨界流體為超臨界N2、超臨界H2O或者超臨界C02。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法，其特征在于:所述超臨界流體為超臨界N2時，其溫度為5(T380°C，壓力為7 40MPa，超臨界N2與共混物的質(zhì)量比為1:400-1 =IO0
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法，其特征在于:所述超臨界流體為超臨界H2O時，其溫度為33(T380°C，壓力為19 24MPa，超臨界H2O與共混物的質(zhì)量比為1:X-1:X。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法，其特征在于:所述超臨界流體為超臨界CO2時，其溫度為5(T380°C，臨界壓力為7 40MPa，超臨界CO2與共混物的質(zhì)量比為1:10(Tl =IO0
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法，其特征在于:所述的均相體與外界的壓力差為7 40MPa，熔噴速率為l(T2000cm3/s。
全文摘要
一種應(yīng)用三螺桿密煉擠出機紡絲制備微孔LiMn2O4類纖維的方法，將錳源，鋰源，摻雜源，濃氨水按一定的配制方法制得溶液Ⅰ、溶液Ⅱ，將溶液Ⅰ、溶液Ⅱ?qū)肴輻U密煉擠出機混合得到共混物；將超臨界流體導(dǎo)入三螺桿密煉擠出機與上述共混物混合并維持一定壓力，使共混物在超臨界流體中反應(yīng)合成，經(jīng)螺桿壓縮段壓實并逐漸成均相體；均相體經(jīng)熔噴模頭入口區(qū)、孔流區(qū)和膨化區(qū)從模頭噴絲孔擠出，從模頭噴絲孔擠出的均相體體細(xì)流因環(huán)境壓力突然降低發(fā)生膨化脹大的同時，受到兩側(cè)高速熱空氣流的牽伸，處于粘流態(tài)的熔體細(xì)流被迅速拉細(xì)，同時，兩側(cè)的室溫空氣摻入牽伸熱空氣流，使熔體細(xì)流冷卻固化成形，形成超細(xì)微孔類纖維，經(jīng)自然冷卻后得到纖維放入煅燒爐，制得LiMn2O4超細(xì)微孔類纖維。本發(fā)明的優(yōu)點顯著，采用本發(fā)明的以三螺桿密煉擠出機紡絲制備聚合物微孔LiMn2O4類纖維的方法，可制得超細(xì)的微孔LiMn2O4類纖維。所制備的微孔LiMn2O4類纖維可滿足鋰電池為基礎(chǔ)的紡織、電氣、電子、機械、醫(yī)療、化工、食品及航空航天等相關(guān)領(lǐng)域的需求。
文檔編號D01D10/02GK103184540SQ20111044291
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者張迎晨, 吳紅艷 申請人:中原工學(xué)院