[发明专利]聚酰亚胺无纺布基安全型凝胶电解质材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚酰亚胺无纺布基安全型凝胶电解质材料及其制备方法。首先合成了带有甲氧基侧基的聚酰亚胺无纺布(PI‑NW)，通过脱甲基化处理，得到结构骨架上带有羟基活性位点的PI‑NW；引入高沸点、高闪点电解液作为离子传输介质，引入多官能团活性单体，通过光引发聚合或者热引发交联，使材料成为均一整体，并限制电解液的挥发，提高耐热稳定性。将该材料作为电池隔膜，在保障锂电池安全性的前提下，提高了电池能量密度，拓展了电池使用温度区间，并提高了电池的充/放电倍率和循环性能，从而解决现有锂离子动力电池安全性差、电解液易挥发、不耐高温、电池隔膜易变形收缩起火燃烧的问题。

技术领域

本发明涉及新能源电池技术领域，特别涉及一种适用于锂离子二次电池的聚酰亚胺无纺布(PI-NW)基安全型凝胶电解质材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池具有高功率大电流放电能力，且能量密度高，在新能源动力电池领域已经得到了广泛应用。目前各大动力电池厂家主要以18650柱形钢壳电池或者方形铝塑膜软包电池作为电芯，正极活性物质主要以磷酸铁锂、钴酸锂、三元镍钴锰酸锂以及三元镍钴铝酸锂为主。但是，动力电池大量采用极易燃烧爆炸的有机电解液，集成制备的电池Pack往往具有较高的安全隐患。法国Bollore汽车公司以PEO作为电解质材料，制备了全固态磷酸铁锂电池，虽然在一定程度上解决了电池的安全性问题，但单电池能量密度较低，续航里程较差。总的来看，目前所使用的常规锂离子电池有着难以逾越的缺陷，主要体现在：

1.安全性较高的磷酸铁锂电池能量密度较低，而能量密度高的三元材料电池安全性较差，在碰撞、刺破等条件下极易起火爆炸。

2.采用大量电解液的锂离子二次电池，在65℃以上高温充、放电时，电池易发生气胀，造成电池失效甚至形成安全问题。

3.PEO基全固态电池具有较高的安全性，但使用温度通常在80℃左右，循环稳定性差，极易产生金属锂支晶造成短路；放电倍率低，通常只能0.2C或0.5C放电，不能满足大电流充放电的工作需求。

4.目前大量使用的双向拉伸PP/PE复合膜热变形温度较低，极易在电池过热或者电池刺破等情况下造成电解液漏液引发环境污染，危机人身安全；更重要的是，电池在过热、短路等情况会大量放热，不耐热的PP/PE膜会出现严重的收缩变形造成电池大面积短路，进而诱发电池燃烧爆炸。

目前作为动力电池及移动电源使用的锂二次电池都有严格的使用温度区间，电池的安全性不能得到有效解决，其他方面的应用就难以保证。

发明内容

鉴于以上问题，本发明的目的是从合成角度出发，制备新型带有活性羟基位点的聚酰亚胺无纺布，并以此为基础制备新型安全型凝胶电解质材料，在保障锂电池安全性的前提下，提高电池能量密度，拓展其使用温度区间，并提高电池的充/放电倍率和循环性能，从而解决现有锂离子动力电池安全性差、电解液易挥发、不耐高温、电池隔膜易变形收缩起火燃烧的问题。

本发明提出了一种聚酰亚胺无纺布基安全型凝胶电解质材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将四甲氧基联苯二胺与式I所示的二元酸酐充分溶解于有机溶剂中，预反应生成聚酰胺酸溶液；

其中，X代表n为大于1的正整数；

2)将步骤1)得到的聚酰胺酸溶液通过静电纺丝制备成无纺布，再将无纺布热处理，使酰胺酸与氨基发生闭环反应，制得式II所示的带有甲氧基侧基的聚酰亚胺无纺布；

3)对步骤2)得到的式II所示聚酰亚胺无纺布进行脱甲基处理，得到式III所示的带有羟基活性位点的聚酰亚胺无纺布；

其中，R＝-OH或者-OCH₃；