[发明专利]一种PI/PVDF‑HFP/PI纳米纤维复合锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池材料领域，具体涉及一种PI/PVDF-HFP/PI纳米纤维复合锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

在现阶段各种类型的电池中，锂离子电池由于具有高的电能密度、较短的充电时间、可长期循环使用的特点，被认为是一种有非常好的发展前景的电池类型。锂电池已经被广泛应用于各种便携式的电子产品以及电动车辆，例如智能手机、照相机、摄像机、笔记本电脑、MP3、MP4、小型测试仪等电子产品和电动自行车、电动汽车等。隔膜是保障锂离子电池安全性的关键部件，且直接影响电池的容量、循环性能等电化学性能。现在国际市场上锂离子电池隔膜产品主要有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、以及PE-PP(聚乙烯-聚丙烯)复合膜，国内的锂离子电池生产厂家所采用的隔膜材料基本上依赖进口。

但是锂离子电池隔膜的种类有很多，在选择锂离子电池用隔膜的时候，主要参考所设计锂离子电池的电容量、功率、循环性能、使用环境等指标，根据这些指标定隔膜的要求。在选用锂离子电池隔膜的时候考虑的主要因素有：

1、内阻较高，能将正负极之间绝缘开来；

2、具有优良的力学性能，易加工，机械强度大，使用寿命长；

3、在电池体系中化学性能稳定好，所选用的材料能耐有机溶剂，不溶解，不溶胀、不反映、不吸收水分等；

4、对颗粒、胶体或其他可溶物在正负极之间的迁移有很好的阻隔作用；

5、能够快速的被电解液浸润；

6、物理性质均一，厚度均匀；

7、离子导通性要好，具有良好的离子透过率和离子导电性以及较低的湿内阻。

8、隔膜必须尽可能薄，因为有机电解质的离子导电率比水溶液体系低，为减少内阻，电极面积必须尽可能大；

9、当电池体系发生异常时，例如温度升高，为了防止危险发生，能在快速发热温度(120℃-140℃)开始时，自动熔融堵塞隔膜上的离子通道，隔断电流，提高电池的安全性(低温热闭孔功能)。

聚酰亚胺(PI)是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，它具有众多的优异性能，例如：优异的机械性能，其断裂强度超过了Kevlar29和Kevlar49，仅次于PBO，但是聚酰亚胺纤维的初始模量比Kevlar高出许多，与PBO相当。未填充的塑料的抗张强度都在100MPa以上，作为工程塑料，其弹性模量通常为3-4GPa；优良的耐热性能，对于全芳香聚酰亚胺，根据热重分析，其开始分解温度一般高于500℃，由联苯二酐和对苯二胺合成的聚酰亚胺热分解温度达到600℃，可以在300℃无氧环境下使用，在300℃氮气氛围下处理1000h强度损失非常微小；热膨胀系数小，在10-5～10-7-℃数量级，而且发烟率低，属于燃自熄灭性纤维，P84型聚酰亚胺纤维极限氧指数为38％；良好的介电性能，芳香型聚酰亚胺纤维的介电常数为3.4左右，含氟的聚酰亚胺纤维介电常数可以降到2.5左右，介电损耗为10^-3，介电强度为100-300kV/mm，体积电阻率为1017Ω·cm；良好的耐辐射性能，聚酰亚胺纤维经过1×1010rad的电子辐照后其强度保持率仍为90％，经过高能射线辐照后其强度和介电性能基本不变；优异的耐低温性能，聚酰亚胺纤维可耐极低温度，如在热力学温度4K(-269℃)的液氦中不仍会发生脆裂；聚酰亚胺对稀酸较稳定，但一般的品种不耐水解，尤其是碱性水解，与其他的芳香聚合物一样，不耐浓硫酸、浓硝酸以及卤素。

静电纺丝是一种使带电荷的聚合物液滴在电场力作用下形成泰勒锥进而发出纺丝射流而制备聚合物微纳米级纤维的加工技术,由于静电纺丝技术制得的纤维直径可达微米或纳米级别,并且静电纺丝具有独特的曲折微孔结构和适宜的力学性能,因此电纺膜具有用作锂电隔膜的潜力。

发明内容

针对现有的锂离子电池隔膜存在的上述问题，现提供一种PI/PVDF-HFP/PI(聚酰亚胺-聚偏氟乙烯-六氟乙烯-聚酰亚胺)纳米纤维复合材料及其制备方法，旨在提供一种具有优异介电性能、电化学性能和耐高温安全性能的锂离子电池隔膜。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种PI/PVDF-HF/PI纳米纤维复合锂离子电池隔膜的制备方法，具有前述的特征，包括如下步骤：

步骤一：将均苯型聚酰亚胺(PI)进行静电纺丝制得PI纳米纤维膜，并对所得PI纳米纤维膜进行热轧和热处理；

步骤二：利用静电纺丝技术制备PVDF-HFP纳米纤维膜，并对所得PVDF-HFP纳米纤维膜进行热轧；

步骤三：对两种电纺膜进行紫外光液相丙烯酸接枝处理；