[发明专利]基于聚酰亚胺的多孔单离子聚合物电解质PI-FPAS隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于聚酰亚胺的多孔单离子聚合物电解质PI‑FPAS隔膜及其制备方法和应用。本发明所述隔膜具有均匀分布的球形孔结构，且所述孔结构相互连通，所述隔膜的孔隙率为65～67％，吸液率为265～275wt.％。本发明采用聚酰亚胺为骨架支撑材料与单离子聚合物电解质共混，通过模板浸出技术，以聚乙二醇6000为致孔剂，获得了一种具有优异热稳定性和高孔隙率的单离子聚合物电解质隔膜，聚乙二醇是一种无毒的环保材料，去除聚乙二醇比从溶液混合物中去除常见的有机溶剂要容易得多，因此，本发明成孔技术更加绿色环保且易操作。另外，将本发明制备的隔膜用于锂离子电池，可提高电池的循环稳定性以及安全性能。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种基于聚酰亚胺的多孔单离子聚合物电解质PI-FPAS隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

目前，聚烯烃基微孔膜以其优异的电化学稳定性、良好的机械性能和合理的微观孔结构以及可接受的价格等优势而成功商业化，但采用拉伸工艺制备的聚烯烃隔膜为保证良好的机械强度通常孔隙率较低(50％以下)，其固有的疏水性能使得隔膜与常规液体电解质的亲和力较差，这些都会对锂离子电池的循环稳定性和功率性能产生不利影响，此外，由于聚烯烃隔膜的热稳定性能较差(聚乙烯的熔点为130℃，聚丙烯的熔点为165℃)，在电池运行超载或高温条件下聚烯烃隔膜可能会导致安全隐患，这些缺点在未来难以满足高性锂离子电池的安全性能要求，因此，具有优异耐热性的隔膜对于未来的高能量密度电池是必不可少的。

基于上述理由，提出本申请。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种基于聚酰亚胺的多孔单离子聚合物电解质PI-FPAS隔膜及其制备方法和应用。本发明采用聚酰亚胺(PI)为骨架支撑材料与单离子聚合物电解质共混，通过模板浸出技术，以聚乙二醇6000为致孔剂，获得了一种具有优异热稳定性和高孔隙率的单离子聚合物电解质隔膜，将其用于锂离子电池，可提高电池的循环稳定性以及安全性能。

为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于聚酰亚胺的多孔单离子聚合物电解质PI-FPAS隔膜，所述隔膜具有均匀分布的球形孔结构，且所述孔结构相互连通，所述隔膜的孔隙率为65～67％，吸液率为265～275wt.％。

进一步地，上述技术方案，所述隔膜的拉伸强度为9.5～10.0MPa，伸长率为55～60％，热分解温度为390～410℃。

本发明的第二个目的在于提供上述所述基于聚酰亚胺的多孔单离子聚合物电解质PI-FPAS隔膜的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

(1)制备单离子聚合物：室温下，按配比依次将4,4′-二氨基二苯砜(DADS)、4,4’-二羧基双苯磺酰亚胺(CBSI)和无水氯化锂(LiCl)加入到无水氮甲基吡咯烷酮(NMP)中，搅拌，充分溶解，形成均匀稳定混合溶液；再将吡啶(Py)和亚磷酸三苯酯(TPP)依次加入到所述混合溶液中，继续搅拌至完全溶解，得到反应前驱体；惰性氛围条件下，将所述反应前驱体加热升温至80～120℃恒温反应10～15h；反应结束后，冷却至室温，加入无水甲醇析出沉淀，过滤，洗涤，干燥，获得所述的单离子聚合物；

(2)单离子聚合物的锂化：按配比将步骤(1)得到的单离子聚合物分散于氢氧化锂的水溶液中，室温、惰性氛围条件下搅拌反应18～30h，然后干燥，获得单离子聚合物电解质FPAS；

(3)按配比将步骤(2)所述的单离子聚合物电解质FPAS加入到含聚酰亚胺的N,N-二甲基乙酰胺溶液中，加热搅拌，混匀后加入聚乙二醇6000，继续搅拌形成均匀溶液；然后将所述均匀溶液注射成溶液膜，加热干燥后将膜取出，浸入超纯(UP)水中加热搅拌使聚乙二醇完全去除，再在室温条件下二次干燥，待膜中孔结构成型后真空干燥，获得所述的基于聚酰亚胺的多孔单离子聚合物电解质PI-FPAS隔膜。