[发明专利]一种湿法抄纸工艺制备的聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高功率密度、无记忆效应、自放电率低、可快速充放电、放电电压稳定和循环寿命长等优点，因而成为新型电源技术研究的热点，目前已在便携式电子设备等领域得到了快速的发展。锂离子电池主要由三部分组成：正极材料、负极材料和隔膜。电池隔膜是电池生产中不可缺少的一种关键装配，其成本约占电池总成本的20 %-30 %。隔膜的主要作用是利用隔膜的不导电性将电池的正负极隔开，防止两电极接触而发生短路，同时依靠隔膜自身的微孔结构，让锂离子自由通过，保持正负极间良好的离子导电性。隔膜性能的优劣对电池性能和安全性能影响极大。因此，开发综合性能优异的锂离子电池隔膜便显得尤其重要。

目前，锂离子电池的隔膜材料主要有聚乙烯（PE），聚丙烯（PP）单层微孔膜，以及它们的多层复合微孔膜，如牌号Celgard的商品膜。这类材料单向拉伸制成，它的缺点是：一方面，其孔型狭长、横向、纵向是1:10，横向强度低、制备工艺复杂，因而限制了这种隔膜的广泛使用。另一方面，其熔融温度较低，使得锂离子电池在温度稍高时，电池内部的聚烯烃隔膜受热收缩进而引发电池短路，内部热量瞬间增加，从而导致电池爆炸和燃烧，直接危害人们的生命安全。

聚芳砜酰胺是我国自主创新开发的高科技产品，填补了我国在250 ℃领域耐高温高分子材料的空白。聚芳砜酰胺是一种在高分子主链上含有砜基的芳香族聚酰胺纤维，是由对苯二甲酰氯与二氨基间苯二酚聚合得到一类聚合物。由于砜基-SO₂ -的引入，又进一步提高了其热分解温度并使分子链韧性增加，聚芳砜酰胺的柔性优于芳纶浆粕、用于增强密封材料，抗冲击、耐疲劳，在加工过程中不易损伤，在密封材料制品中表现较好的密封回弹性。聚芳砜酰胺浆粕的抄造性能优异，具有绝缘性能好、撕裂强度高、表面光洁、耐高温性能好等特点，是湿法抄造绝缘纸或其他合成纸的重要纸基原料。同时，聚芳砜酰胺具有优异的耐化学腐蚀性，电化学稳定性，电绝缘性，阻燃性能和耐高温性能等优点，其主要应用在高温过滤材料、特种防护服，电绝缘材料和耐高温工程塑料等方面。然而，截至目前，并没有关于聚芳砜酰胺基复合无纺膜作为锂离子电池隔膜的文献报道。利用湿法抄纸技术制备的无纺膜是锂离子电池隔膜的一个重要发展方向，它具有比表面积大，电解液吸收均匀，孔隙率高等优点，因而得到了各国锂离子电池隔膜研究人员的广泛关注。基于此，本发明利用湿法抄纸工艺成功制备了阻燃耐高温的聚芳砜酰胺基复合无纺膜，并将其应用于锂离子电池隔膜领域。

发明内容

本发明的目的在于改善了传统聚烯烃隔膜的不足，提供了一种阻燃、耐高温的聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜，提高现有电池隔膜的综合性能。

本发明的另一目的在于提供上述聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明所提供的锂离子电池隔膜为聚芳砜酰胺基复合无纺膜组成，膜厚度为10 μm-200 μm；孔隙率为40 %-95 %，孔径为0.05μm-1μm，电解液吸收率为100 %-800 %，透气度Gurley值为1 s-500 s/100 cc；阻燃性能好，极限氧指数为30 %-35 %；热稳定性能优异，在200 ^o C温度下尺寸收缩率小于0.5 %。

所属的制备方法是通过湿法抄纸工艺对聚芳砜酰胺浆料或混合浆料，经过打浆、抄纸、辊压、干燥制备出所属的聚芳砜酰胺基复合无纺膜。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

步骤1、将聚芳砜酰胺浆柏和添加剂按一定比例加在分散液中，经磨浆机打浆处理后，得到造纸浆料；

步骤2、将步骤1得到的造纸浆料在抄纸机上进行抄造成型，得到湿态聚芳砜酰胺基复合无纺膜；

步骤3、将湿态聚芳砜酰胺基无纺膜进行轧压、干燥，以除去多余的水分，再经卷绕，便得到聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜。

其中所述制备方法中，所用分散液为去离子水、乙醇、异丙醇和丙三醇中的一种或多种；添加剂包括但不局限于纤维素、竹纤维、大豆纤维、芳纶、聚酰亚胺、尼龙、聚酯纤维、聚丙烯腈、海藻酸钠，羧甲基纤维素钠、聚环氧乙烷、水溶性聚氨酯中的一种或多种，打浆度为50-90^o SR，轧压压力为4-40 MPa，烘干温度为50-100 ^o C。