[发明专利]一种热解致孔的对位芳纶纳米纤维锂离子电池隔膜的制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种热解致孔的对位芳纶纳米纤维锂离子电池隔膜的制备，属于新能源材料领域。

背景技术

聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）是一种液晶高分子，刚性的长直链结构使PPTA分子容易聚集，且由于分子间氢键作用较强，所以由PPTA高度取向制成的纤维具有诸多优异性能，比如高强度、高模量、耐高温等，在航空航天、防弹护具等军事领域和诸多民用领域有着广泛而重要的用途。和耐热性能同样优异的聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA）相比， PPTA力学性能更优异，高温尺寸稳定性更好，尤其耐有机溶剂性远高于PMIA。

锂离子电池应用广泛，成为近年来新型电源研究技术的热点。在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，在制造电池的材料中占有非常重要的地位。目前，商业化的锂离子电池隔膜以聚烯烃微孔膜为主，其局限性在于隔膜很难保证高温完整性，即隔膜在150℃以上的高温下会发生严重热收缩甚至熔融破坏，使得锂电池的安全性降低，而动力、储能锂离子电池对隔膜的耐温性能要求更高，使用常规聚烯烃隔膜存在潜在安全隐患。鉴于PPTA优异的综合特性，其用于锂离子电池隔膜材料具有很大优势。。

目前制备PPTA薄膜最常用的方法是先采用PPTA短切纤维，配合PPTA浆粕及相关助剂，然后再抄制成薄膜，用于锂离子电池隔膜。例如，中国专利（公开号CN101872852A、CN103943806A、CN104577011A、CN101867030A），采用芳纶短纤维，配加芳纶沉析纤维或浆粕，通过抄纸工艺，制备芳纶隔膜。尽管所制备的隔膜具有很好的耐温性能、耐疲劳性、低变形、耐火阻燃性能、耐化学腐蚀性能等优点，但是，由于使用的芳纶短纤维直径较粗，通过抄纸工艺制备的隔膜一般较厚，若制备较薄的隔膜，则存在隔膜孔径过大，难以满足高端锂离子电池高倍率充放电性能的要求。

中国专利公开号CN103242556A，公开日2013年8月14日，发明专利名称为“一种芳香族聚酰胺复合隔膜的制备方法”，该发明中将芳香族聚酰胺纤维、溶剂、助溶剂、造孔剂混合均匀，制成成膜液，将成膜液涂覆在锂离子电池原始隔膜上，得到湿膜，然后干燥处理。该隔膜电池具有透气性良好、机械性能好，耐高温性能强的特点，但是，该隔膜为多层结构，制备过程较为繁琐，使用较多的有机溶剂和助剂，不环保。

以对位芳纶纳米纤维为原料可以制备厚度较薄锂离子电池隔膜。中国专利公开号CN104403119A，公开日2015年3月11日，发明专利名称为“一种聚对苯二甲酰对苯二胺薄膜制备方法”，该发明涉及一种聚对苯二甲酰对苯二胺薄膜的制备方法。该制备方法在PPTA低温溶液聚合过程中加入一定量的表面活性剂，聚合进行到一定程度之后向聚合体系中加入大量溶剂N-甲基吡咯烷酮（NMP）使之分散，然后加入大量分散剂将表面活性剂洗出，同时减压过滤PPTA的分散液得到薄膜。该制备方法从PPTA单体出发，通过聚合、溶胀、分散、过滤和干燥步骤制备出收缩率小、强度高、厚度可控、各相同性的高性能PPTA薄膜。该发明制备的薄膜可用于锂离子电池隔膜，但该薄膜用于锂离子电池隔膜时，隔膜较为致密，且隔膜的孔隙率和孔径大小较难调控。

可见，在现有的技术中，以对位芳纶纳米纤维为基材，目前还没有开发出强度高、高温热稳定性好、尺寸稳定、厚度可控、孔隙率和孔径大小易于调控的隔膜的制备方法，因此，面对锂离子电池工业发展对高性能隔膜的巨大需求，迫切需要开发出综合性能好、制备方法简便节能的锂离子电池隔膜材料。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于一种热解致孔的对位芳纶纳米纤维锂离子电池隔膜的制备，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种热解致孔的对位芳纶纳米纤维锂离子电池隔膜的制备，包括对位芳纶纳米纤维薄膜的制备。所述制备方法是指将制备好的对位芳纶纳米纤维薄膜在气体氛围或抽真空条件下进行高温烧蚀，得到孔径可控的对位芳纶纳米纤维隔膜，其制备方法如下：

将制备好的厚度为6~130um，对位芳纶纳米纤维直径为40~100nm，纤维长度为5~25um的对位芳纶纳米纤维薄膜置于煅烧炉内，在气体氛围或抽真空条件下进行高温烧蚀，得到厚度为5~120um，孔径为0.1~0.8um，孔隙率为30%~60%的对位芳纶纳米纤维锂离子电池隔膜。

其中，所述的高温烧蚀的温度为150~300℃，烧蚀时间为3~80分钟。

所述的气体为空气或惰性气体。

所述的惰性气体为氮气或氩气中的一种。