[发明专利]一种制备皮芯型纤维结构复合隔膜的方法

说明书

本发明属于锂离子电池隔膜技术领域，具体为一种制备皮芯型纤维结构复合隔膜的方法及应用，该复合隔膜为皮芯型纤维结构的聚酰亚胺/聚碳酸酯复合隔膜；在皮芯型纤维结构中，聚酰亚胺为芯、聚碳酸酯为皮，通过静电纺丝法和热亚胺化制备得到，首先采用4,4'‑二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐制备得到聚酰胺酸溶液；然后将聚酰胺酸溶液静电纺丝制得聚酰胺酸纤维膜；然后进行热亚胺化得到聚酰亚胺纤维膜，最后放入聚碳酸酯DMF溶液中浸泡，真空干燥后即得。本发明提供的方法操作简单，便于工业化生产，实现了隔膜热稳定性能提高的同时具有较高的透气性和亲和性，综合性能优异，应用于锂离子电池隔膜的制备中以满足更高的使用要求。

技术领域

本发明属于锂离子电池隔膜技术领域，具体涉及皮芯型纤维结构复合隔膜的制备方法及其应用。

背景技术

锂离子电池(LIBs)具有电压高、比能量高、寿命长、无记忆效应、环境友好、充电速度快、自放电率低等优势，目前已然成为最受关注、产量最高的消费类电池品种。锂离子电池隔膜具有避免电池正负电极接触、保有电解液、允许锂离子通过的重要作用，其性能会对锂离子电池的电化学性能产生巨大影响。因此，对电池隔膜进行研究开发、提高隔膜性能将是未来锂离子电池发展的一个重要部分。

锂离子电池所用的隔膜应同时具有电子绝缘性和电解质离子导体的特性，且必须具备良好的力学性能和化学、电化学稳定性，以及能够在充放电的反复循环过程中始终保持对电解液良好的浸润性等。隔膜虽然不会影响电池的能量储存和输出，但是隔膜对电池的界面结构、内阻、容量、循环和安全都有着至关重要的作用。目前商业锂电池隔膜应用比较广泛的是聚烯烃微孔膜，如聚乙烯和聚丙烯隔膜，但这种隔膜的热稳定性较差，润湿性、孔隙率和电解液的吸收率等都比较低，存在安全隐患，不足以满足人们的要求。

中国发明专利201711101403.5公开了一种锂离子电池用隔膜，由基膜及覆盖两侧的涂层组成，基膜由聚砜膜和无纺布复合而成；涂层由硬脂酸聚氧乙烯酯、聚丙烯增强纤维、纳米锌锰粉、硝酸铈、六偏磷酸钠、烷基磺酸钠、丙二醇苯醚、丁醚醋酸酯、聚氧乙烯醚、陶瓷粉体组成。该发明制备的隔膜具有强度高、抗氧化性和热稳定性强的优点；但该隔膜成分复杂、制备方法复杂且成本较高。

中国发明专利201810169305.3公开了一种锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：将环糊精聚合物浆料均匀涂覆于PP/PE/PP多孔膜基材上，形成环糊精聚合物层，干燥后得到锂离子电池隔膜；该发明主要实现了隔膜热收缩率的降低，但制备工艺复杂，添加多种助剂，隔膜的综合性能仍不理想。

因此，寻求一种绿色可行、工艺简单的方法来提高锂离子电池隔膜的综合性能势在必行。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种制备皮芯型纤维结构复合隔膜的方法及应用，能够在实现隔膜热稳定性能提高的同时具有较高的透气性、润湿性和电解液的吸液率，综合性能优异，能够广泛应用于锂离子电池中满足更高的使用要求，且该方法操作简单，便于工业化生产。

本发明提供了一种制备皮芯型纤维结构复合隔膜的方法，该复合隔膜为皮芯型纤维结构的聚酰亚胺/聚碳酸酯复合隔膜，通过以下步骤制备得到：

(1)分别称取摩尔比为1:1.01的4,4'-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐，在冰水浴中将4,4'-二氨基二苯醚搅拌溶解于一定量的DMF中，保持冰水浴并将均苯四甲酸二酐分三次加入反应体系中，在冰水浴中机械搅拌反应12-24h后，得到聚酰胺酸溶液；

(2)将聚酰胺酸溶液进行静电纺丝，静电纺丝参数如下：纺丝电压为15kV，推进速率为0.01mL/min，纺丝接收距离为20cm，注射器针头为8#，在室温下纺丝2-8h制得聚酰胺酸纤维膜；

(3)将聚酰胺酸纤维膜放入烘箱中，于150℃、200℃、250℃和300℃下分别干燥30min进行亚胺化，得到聚酰亚胺纤维膜；