[发明专利]聚酰亚胺/纳米纤维复合纸及其制备方法

说明书

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及聚酰亚胺/纳米纤维复合纸及其制备方法，其中所述方法包括(1)将聚酰亚胺短切纤维和聚氧化乙烯溶液混合，并将得到的浆料通过湿法抄造成型制成纤维纸；(2)将所述纤维纸浸渍于第一聚酰胺酸溶液中，然后进行烘干；(3)采用第二聚酰胺酸溶液在步骤(2)制备的纤维纸的两侧分别进行静电纺丝；(4)对步骤(3)制备的多层膜材料进行热压处理，得到聚酰亚胺/纳米纤维复合纸。本发明所述的方法制备的聚酰亚胺/纳米纤维复合纸结合了湿法抄造和静电纺丝的优点，不仅改善了纳米纤维膜的力学性能，而且通过静电纺丝控制孔径，得到了具有较高力学性能、表面浸润性、热尺寸稳定性和耐高温性的膜材料。

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及聚酰亚胺/纳米纤维复合纸及其制备方法。

背景技术

能源的可持续发展是当今世界需要主要面对的能源挑战之一，电池作为一种可靠的、持续性的解决能源储存和运输的媒介而得到了研究者们的广泛关注。在众多电池中，锂离子电池以其优异的性能脱颖而出，锂离子电池循环寿命长、没有记忆效应、无公害且充放电速度快，是绿色能源典型代表。隔膜是锂离子电池的关键组件之一，其主要功能是隔离正负极，同时提供锂离子通道，使锂离子在电池充放电过程中能够在正负极之间快速迁移。隔膜的性能直接影响锂离子电池的综合性能。目前，聚烯烃类隔膜(主要包括聚乙烯和聚丙烯)因其具有较低的电阻和较高的化学稳定性得到了商业化生产。但是随着以锂离子电池作为唯一或部分动力的交通工具及便携式电动工具的出现，锂离子电池的功率逐渐提高，相应地要求电池隔膜材料具有更高的使用安全性，即在保持原有高孔隙率、吸液率的同时具有更高的使用温度，以满足大功率锂电池的安全性和长期使用的要求。

聚酰亚胺(PI)是主链上带有酰亚胺环的一类化合物，其综合性能优异，具有良好的耐高低温性能，由PI制备的产品，如聚酰亚胺纤维，具有很高的拉伸强度、耐高温性能和热尺寸稳定性。

静电纺丝是一种可用于制备超细纤维的加工工艺，纺丝液在高压静电场力的作用下被拉伸成超细纤维。纤维直径可以控制在几纳米到几微米之间，同时纤维膜具有高比表面积和小孔尺寸等特点。专利申请CN104630990A、CN105040276A、CN10421333A等报道了具有交联形貌的聚酰亚胺纤维膜的制备方法。但是静电纺丝工作效率较低，并且静电纺丝的纳米纤维膜如不经过特殊交联处理，强度较低，无法满足高性能锂离子电池的需求。湿法抄造成型技术以其工艺简单、可灵活选择合成纤维原料等优势而成为新型锂电隔膜的重要制备方法，采用该方法制备的纤维纸具有良好的力学强度，但其孔隙率较低，孔径尺寸分布在1-100μm。而锂离子电池隔膜的孔径要求小于1μm，所以其发展趋势是采用直径越来越小的纤维作为原料以控制孔径，而超细纤维的制备本身就面临很大的困难，所以单纯通过减小纤维直径来控制隔膜孔隙是具有相当大的难度的。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的纳米纤维膜所存在的上述缺陷，提供一种聚酰亚胺/纳米纤维复合纸及其制备方法，该聚酰亚胺/纳米纤维复合纸具有较好的力学性能(如拉伸强度)、较高的孔隙率、较小的孔径尺寸以及较高的吸液率。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种制备聚酰亚胺/纳米纤维复合纸的方法，所述方法包括：

(1)将聚酰亚胺纤维和聚氧化乙烯溶液混合，并将得到的浆料通过湿法抄造成型制成纤维纸；

(2)将所述纤维纸浸渍于第一聚酰胺酸溶液中，然后进行烘干；

(3)采用第二聚酰胺酸溶液在步骤(2)制备的纤维纸的两侧分别进行静电纺丝；

(4)对步骤(3)制备的多层膜材料进行热压处理，得到聚酰亚胺/纳米纤维复合纸。

本发明另一方面提供了一种使用上述方法制备的聚酰亚胺/纳米纤维复合纸；