[发明专利]一种耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于静电纺丝技术的耐高温聚砜酰胺/聚丙烯腈/聚砜酰胺(PSA/PAN/PSA)复合锂电池隔膜，包括外层基材聚砜酰胺膜和中间夹层聚丙烯腈膜，还提供上述复合锂电池隔膜的制备方法，通过在上述复合锂电池隔膜纺丝的总时间内控制中间层聚丙烯腈膜的纺丝时间，形成A/B/A夹层结构的复合锂电池隔膜，解决了现有技术中锂电池隔膜热稳定性差、尺寸稳定性差、孔隙率低及电解液相容性差问题。

技术领域

本发明属于锂电池隔膜领域，尤其涉及一种耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜及其制备方法。

背景技术

锂电池隔膜是一种多孔微孔型塑料薄膜，作为锂电池的重要组成部分其成本仅次于正极材料，电池隔膜的主要作用在于：一是隔绝锂电池的正负极接触，二是确保电池中的锂离子能正常通过。如果隔膜的性能差而使电池的正负极接触，会导致电池短路甚至发生爆炸，所以隔膜对于提高锂电池的性能以及安全性能至关重要。目前市场上所用的电池隔膜主要是聚烯烃类如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)单层薄膜及PP/PE/PP三层复合薄膜，由于存在孔隙率低、高温下尺寸稳定性差、电化学性能差、吸液率低等问题，从而限制了其在锂电池上的应用。

电池隔膜的制备方法分为干法和湿法，如干法拉伸法、热致相分离法、非溶剂相分离法、造纸法和静电纺丝法等，聚烯烃类隔膜的制备主要以干法和湿法为主，其中由于静电纺丝制备的纤维膜具有其他制备方式不具备的纳米性，而由纳米纤维制备的电池隔膜具有更好孔隙率、更小孔径和较强的吸液性，所以静电纺丝法成为制备锂电池隔膜的主要方法之一。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于静电纺丝技术的耐高温聚砜酰胺/聚丙烯腈/聚砜酰胺(PSA/PAN/PSA)复合锂电池隔膜，包括外层基材聚砜酰胺膜和中间夹层聚丙烯腈膜；还提供上述复合锂电池隔膜的制备方法，通过在上述复合锂电池隔膜纺丝的总时间内控制中间层聚丙烯腈膜的纺丝时间，形成A/B/A夹层结构的复合锂电池隔膜，解决了现有技术中锂电池隔膜热稳定性差、尺寸稳定性差、孔隙率低及电解液相容性差问题。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜，为由上层、中间层和下层热压形成的夹层结构；其中，所述上层和所述下层均为通过静电纺丝形成的PSA纤维膜，所述中间层为通过静电纺丝形成的PAN纤维膜。

优选地，所述耐高温复合锂电池隔膜的厚度为0.02～0.04mm。

本发明的第二方面，上述耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜的制备方法，具体地，包括以下步骤：

(1)将PAN粉真空干燥后溶于有机溶剂中，经磁力搅拌、超声消泡，得PAN静电纺丝液；

(2)先将PSA纺丝液注入纺丝针筒进行第一层静电纺丝，并控制纺丝时间为50～70min，形成第一层PSA纤维膜；再将步骤(1)中所得PAN静电纺丝液在上述PSA纤维膜表面进行PAN静电纺丝，并控制纺丝时间为40～80min，形成PAN纤维膜；然后在上述PAN纤维膜表面进行PSA静电纺丝，并控制纺丝时间为50～70min，形成第二层PSA纤维膜，得PSA/PAN/PSA三层复合隔膜；

(3)将步骤(2)中所得PSA/PAN/PSA三层复合隔膜热压，真空干燥，即得。

优选地，步骤(1)中，所述PAN纺丝液的固含量为10～14wt％；所述真空干燥温度为50～70℃，真空干燥时间为10～14h，在一些优选的实施方式中，所述真空干燥温度为60℃，真空干燥时间为12h；所述有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺，所述磁力搅拌时间为1～2h，超声消泡时间为30～60min。

优选地，步骤(2)中，所述第一层PSA纤维膜和第二层PSA纤维膜的纺丝时间相同。