[发明专利]一种聚酰亚胺耐高温锂电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明提出一种聚酰亚胺耐高温锂电池隔膜及其制备方法，属于锂电池材料领域，可适用于多种可溶和不可溶的聚酰亚胺，极大地扩展了聚酰亚胺多孔膜的种类和应用领域。该技术方案提供了一种通过聚酰胺酸的合成、非溶剂致相转换法成膜以及热亚胺化三步得到聚酰亚胺耐高温锂电池隔膜的制备方法。本发明能够应用于聚酰亚胺多孔膜的应用领域中。

技术领域

本发明属于锂电池材料领域，尤其涉及一种聚酰亚胺耐高温锂电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂电池具有比容量大、循环寿命长、无记忆效应、可快速充放电等优点，被广泛应用于便携通讯设备、电动汽车、航空航天等领域。隔膜作为锂离子电池中重要的组成部分，其在锂离子电池中所起的作用是分隔正、负极，避免正、负极接触，与此同时允许锂离子通过，进行电荷传导，因此隔膜的性能关系到锂离子电池的电化学性能和安全性能，对提高电池各性能具有较大的意义。

目前商品化的锂电池隔膜主要是聚烯烃(PO)微孔隔膜，包括聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)，聚烯烃具有低成本、优良的机械强度、高温下有热关闭性能等优点。不过聚烯烃隔膜在高温下易变形(PE熔点135℃左右，PP熔点170℃左右)，对电解液的浸润性不佳等问题制约着锂电池的进一步发展。提高隔膜的耐高温性能以及对电解液的浸润性，对提高电池安全性以及电化学性能方面有很大的意义。

为了改善传统聚烯烃在锂离子电池应用上的综合性能，除了陶瓷涂覆复合隔膜外，选择可代替聚烯烃的热稳定性好的新隔膜材料是另一种解决途径。聚酰亚胺是一类高性能的有机高分子材料，集优异的介电性能、耐高温性能、机械性能、化学稳定性等优点于一体，是最具有应用前景的高分子聚合物之一。目前制备聚酰亚胺隔膜所广泛采用的是静电纺丝法，制备的纳米纤维隔膜耐热性好，但其孔径过大、孔隙率过高，导致以其作为隔膜的锂电池的荷电保持率较低，经常出现短路现象，尤其是电池隔膜厚度低于30μm时，微短路情况出现的几率比较高。专利申请CN 201410339770.9公开了一种耐高温锂离子电池隔膜的制备工艺，将聚酰亚胺前驱体、碳酸钙模板和有机溶剂混合、涂布、干燥、热处理，最后经过酸处理溶出碳酸钙，得到多孔隔膜。该方法所采用的模板溶出酸为常用酸，虽避免了使用氢氟酸等危险物，但过程还是比较繁琐。专利申请CN 201610055570.X公开了一种聚酰胺酰亚胺(PAI)锂电池隔膜的制备方法，采用非溶剂致相转化法制备了聚酰胺酰亚胺锂电池隔膜，将PAI溶解在非质子极性溶剂中，添加成孔剂得到涂膜液，然后通过NIPs法得到PAI隔膜，该隔膜耐温性较聚烯烃隔膜有了较大提高。专利申请CN 201610608944.6公开了一种聚酰亚胺和PVDF的锂离子电池隔膜，将合成的聚酰亚胺和PVDF按一定质量比溶于有机溶剂中，然后将铸膜液涂覆在基板上进行相转化法成膜得到聚酰亚胺/PVDF隔膜。

然而，上述专利中所提及的方法只能针对可溶性高聚物，但聚酰亚胺种类繁多，可溶于有机溶剂的是极少数的，大部分芳香族聚酰亚胺都是不可溶的。因此，如何提供一种聚酰亚胺锂电池隔膜制备方法使其可适用于多种可溶和不可溶的聚酰亚胺，从而扩展聚酰亚胺多孔膜的种类和应用领域将是本领域所研究的课题。

发明内容

本发明提出一种聚酰亚胺耐高温锂电池隔膜及其制备方法，其可适用于多种可溶和不可溶的聚酰亚胺，极大地扩展了聚酰亚胺多孔膜的种类和应用领域。

为了达到上述目的，本发明的一方面提供了一种聚酰亚胺耐高温锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

聚酰胺酸的合成：在氮气环境下，将所述有机酸酐或其衍生物与有机二胺按照一定的摩尔比加入反应容器内，然后加入有机溶剂，在冰水浴中机械搅拌反应12-24h后，得到聚酰胺酸溶液；

聚酰胺酸铸膜液的制备：按照质量百分比浓度6-20％：2-20％：60-92％将合成的聚酰胺酸、成孔剂、有机溶剂混合，于10-30℃机械搅拌直至成孔剂完全溶解，停止搅拌，静置脱泡直至无气泡，得到聚酰胺酸铸膜液；