[发明专利]一种聚对苯撑苯并双噁唑多孔膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚对苯撑苯并双噁唑多孔膜及其制备方法和应用，属于锂离子二次电池领域。

背景技术

目前，具有高比容量，高电压，高能量密度的电池均使用的是各种液态有机电解液。在所有使用液态有机电解液的电池中，必须使用多孔聚合物隔膜，隔膜的作用是在物理隔绝正负极活性材料的同时允许离子通过。

聚乙烯或聚丙烯薄膜作为电池的隔膜存在以下问题：其耐热性差，同时，为了使薄膜具有足够的强度，薄膜必须具有一定的厚度下限，这就限制了电池容量的进一步提高。如果单纯的降低薄膜厚度，将会造成薄膜的局部强度不足，同时在高温下会造成形态缺陷，另外，降低厚度也会造成离子不能渗透，所以，这些薄膜厚度的降低空间是有限的。

另一方面，由于近年来无闪点的电解液的出现，使得电池的抗燃安全性得到了提高，因此在保证离子渗透率的前提下，可以一定程度上降低隔膜的厚度。

同时，有机电解液二次电池需要进一步缩小体积，提高比容量和电压，因此也需要进一步减小隔膜的厚度。

对于应用于纯电动车，混合动力车以及燃料电池汽车的二次电池的隔膜来说，在行驶过程中引擎室的温度会上升，而且电池在较高温度下工作可以获得更高的输出性能。因此隔膜需要更高的耐热性。

用聚对苯撑苯并双噁唑（PBO）制造的多孔薄膜，因为强度高，可以使厚度进一步降低，同时具有高的耐热性，耐正极腐蚀性，可以满足锂离子二次电池隔膜高耐热性、高强度的要求。

发明内容

为了克服应用于锂离子二次电池的隔膜耐热性差，强度不高的缺陷，本发明的目的在于提供一种聚对苯撑苯并双噁唑多孔膜及其制备方法和应用，所述膜具体应用在锂离子二次电池中。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种聚对苯撑苯并双噁唑多孔膜，由分子量为105,000-110,000的聚对苯撑苯并双噁唑纤维构成，所述膜厚度为3-40微米；

所述膜表面及及内部孔结构分布均匀，孔径可调，孔隙率为35-85%，平均孔径20-200纳米；

所述膜透气率为0.5-1000秒，拉伸强度为100-1000兆帕，穿刺强度为3.0-25.5kg/mm，所述膜在250℃的热收缩率小于0.5%。

一种本发明所述的聚对苯撑苯并双噁唑多孔膜的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：将聚对苯撑苯并双噁唑纤维（MW=105,000-110,000）加入到溶剂中，室温干燥下搅拌一周，得到质量百分比为1-15%的聚对苯撑苯并双噁唑溶液。

所述溶剂为烷基磺酸和含氟羧酸的混合溶剂；

烷基磺酸和含氟羧酸的体积比优选为7:3-2:8；

烷基磺酸优选为甲基磺酸（MSA），含氟羧酸优选为三氟乙酸（TFA）。

步骤二：所述溶液经过真空脱泡处理后，在异戊烷气氛中采用流延的方法将上述溶液铺展成膜，得到聚对苯撑苯并双噁唑薄膜素坯。

步骤三：将所述薄膜素坯取下后浸入温度为-40℃-10℃交换溶剂中4-24小时，进行溶剂交换，得到聚对苯撑苯并双噁唑的凝胶态薄膜；随后将所述凝胶态薄膜取出置于-50℃--10℃的冷库中冷冻4-24小时，取出后真空干燥12-24小时得到聚对苯撑苯并双噁唑多孔膜。

其中，交换溶剂为去离子水、醇类有机溶剂，或去离子水和醇类有机溶剂的混合溶剂。

所述溶剂交换过程可以是一次或多次，多次溶剂交换时交换溶剂可不同。

所述醇类有机溶剂优选为甲醇、乙醇或异丙醇。

一种本发明所述的聚对苯撑苯并双噁唑多孔膜的应用，所述膜可作为电池隔膜，应用于锂离子二次电池和动力电池中。

本发明的有益效果为：

1、本发明制备的聚对苯撑苯并双噁唑多孔膜表面及内部孔结构分布均匀，孔径可调，孔径和孔隙率均满足电导率的要求，具有合适优良的透气度。所述膜具有优异的耐高温性能，具有良好渗透性和高的拉伸强度；

所述膜在250℃的热收缩率小于0.5%，远小于现在技术中的3%和5%的热收缩率，穿刺强度大于现在技术中电池隔膜的穿刺强度（celgard薄膜的穿刺强度为0.5-0.65kg/mm），本发明提供的聚对苯撑苯并双噁唑多孔膜作为锂离子二次电池隔膜，该电池隔膜加热到250℃高温也不会发生破裂，该电池在250℃高温下也不会发生短路现象，本发明的电池隔膜可用于高容量的动力电池中；

2、本发明制备的聚对苯撑苯并双噁唑多孔膜，适合于批量生产；