[发明专利]一种耐高温的锂电池隔膜的组成及其制备、交联方法

说明书

本发明针对现有锂电池隔膜耐热等级有限、锂电池设备有隔膜受热损坏导致短路的安全隐患问题，设计和制备了耐热等级更高的交联聚酰亚胺薄膜。本发明制备的锂电池用聚酰亚胺薄膜含有一定比例的“烷氧基”结构的柔性链段，大大提高了薄膜对电解液的浸润性能，同时采用脂肪族直链交联剂交联，在制备微孔的同时，具有微观分相的结构，保证锂离子的传导从而保持电池的效率，薄膜兼具聚酰亚胺材料的耐高温性能。可以提升锂电池设备的安全性。

技术领域

本发明属于锂电池材料领域，尤其是一种耐高温电池隔膜的组成及制备方法，达到提升锂电池安全稳定性的目的。

背景技术

随着科技和经济的飞速发展，人类也付出了惨重的代价，目前严峻面临着的就是石油的危机和能源的紧缺。为了解决全球的能源问题，各国的科学家们纷纷投入了这场战斗，经过多年的努力，取得了一定的成效。锂离子电池因其具有较高的能量密度、较长的循环寿命、污染小、无记忆效应和可快速充放电等优点，已被广泛应用于移动通信、笔记本电脑、小型摄像机等电器设备上，近几年在电动汽车、航天航空、储能以及军事等领域也显示出了良好的应用前景和经济效益。然而，频频发生的锂电池着火事件的发生引起人们对锂电池安全性的广泛关注。

在锂电池的各个组成部件中，隔膜是其核心关键材料之一，其主要作用是吸收电解液以传导锂离子，同时使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路。隔膜的性能决定着电池的界面结构和内阻，防止电阻过大而发热，导致失效，进而影响电池的放电容量、循环性能、倍率性能和安全性能等，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要作用。目前，市场上的锂电池隔膜主要是涂覆了陶瓷的聚烯烃类微孔膜，这类隔膜有着成本上的巨大优势，另外，还有高温闭孔的优点，但是这类隔膜对电解液的浸润性差；耐高温性能较差，PE的熔点低于120℃；PP的熔点低于160℃，电池生热高温状态下极其容易短路，所以提高隔膜的电解液浸润性、耐温性和尺寸稳定性，对提高锂电池的安全性及电化学性能有着重要贡献。

聚酰亚胺具有高耐热性、高强度、优异的绝缘性、高温下高尺寸稳定性，采用聚酰亚胺为主材的微孔膜替代现有的多孔聚乙烯PE和聚丙烯PP电池隔膜也越来越多的被锂电池行业关注，其核心技术为聚酰亚胺薄膜的造孔技术。诸多文献报道的聚酰亚胺静态纺丝技术，生产效率低，需要的周期太长，难以量产；又如：专利CN201410339770.9和专利CN201720442163.4所述的造孔技术步骤也相当繁琐，而且单纯的聚酰亚胺材料表面能较低，对电解液的浸润性能也有一定限制。

本发明针对聚烯烃隔膜的不足之处，制备了具有交联结构的聚酰亚胺薄膜，并且薄膜内具有微相分离结构，经过溶剂相的翻转得到微孔薄膜。这种微孔薄膜中的“烷氧基”结构聚酰亚胺链段与电解液有良好的浸润性能，在浸渍电解液后，氧原子可以与锂离子发生络合，从而确保锂离子可以在薄膜内部传导，保证锂电池优异的电化学性能。同时也保留了聚酰亚胺的耐高温性能和高温下的尺寸稳定性。

发明内容

本发明涉及一种锂电池用耐高温隔膜，特征在于其结构由三部分组成：全芳香族聚酰亚胺链段、含有烷氧基结构的聚酰亚胺链段和脂肪族直链交联链段，此结构固化成膜后可以形成良好的分相结构，这种结构的薄膜与锂离子电池电解液有良好的浸润性能，薄膜成型后，经溶剂翻转得到微孔结构，可以作为耐高温的锂离子电池隔膜使用。

本发明所述的全芳香族聚酰亚胺链段结构式为：

其中Ar₁可以是：，, , ，；

其中R₁可以是：，，，， ， , ；

其中R¹为：，，；

其中x数值为0.50-1.0之间小数，L数值为5-50之间整数。

本发明所述的半脂肪族聚酰亚胺链段的结构式为：