[发明专利]一种聚酰亚胺气凝胶锂电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明提出一种聚酰亚胺气凝胶锂电池隔膜及其制备方法，该方法通过将芳香族二酐单体与芳香族二胺单体在有机溶剂中混合均匀得到反应溶液，进行缩合聚合反应，得到聚酰胺酸溶液；在聚酰胺酸溶液中加入不良有机溶剂，在保证聚酰胺酸不析出的前提下，得到混合均匀的溶液体系；在混合均匀的溶液体系中加入多氨基交联剂，混合均匀后加入亚胺化试剂，再次混合均匀后真空除泡，得到涂膜液；将所述涂膜液涂布在基材上，静置，待涂膜液凝胶并老化，得到聚酰亚胺湿凝胶薄膜；将聚酰亚胺湿凝胶薄膜进行溶剂置换，超临界干燥，得到聚酰亚胺气凝胶锂电池隔膜。该隔膜的平均孔径达到几百纳米以上，高孔隙率，具有高浸润性和高耐温性。

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺气凝胶锂电池隔膜及其制备方法，属于锂电池隔膜技术领域。

背景技术

近年来由于能源短缺和环境污染的问题日益突出，以清洁无污染的电动汽车替代传统燃油车已成为一种必然的趋势。锂电池由于具有比容量大、循环寿命长、无记忆效应、可快速充电等优点，已成为动力电池的主要选择。隔膜是锂电池的关键组成部分，其主要作用在于阻隔电池正负极物理接触和允许电解液离子自由通过，是电池容量、循环能力和安全性的重要决定因素。

传统的锂电池隔膜主要是聚烯烃隔膜，电池温度超过160℃时会发生熔断，导致正负极接触而短路，从而导致电池着火甚至爆炸，对使用者的生命安全造成极大威胁；且聚烯烃隔膜还存在孔隙率低、电解液浸润性差的问题，不能满足大容量、大倍率锂电池的使用要求。

聚酰亚胺(PI)是一种综合性能优异的高分子绝缘材料，具有优异的介电性能、热稳定性、机械性能和化学稳定性，可在300℃以上长期使用，由其制备电池隔膜，能大幅降低电池内部过热引发安全事故的风险，是理想的电池隔膜材料。目前制备聚酰亚胺电池隔膜的方法主要有静电纺丝法、相转化法和无机填料脱除法。由静电纺丝法制备的聚酰亚胺纳米纤维隔膜耐热性好，但其孔径过大，导致锂电池的荷电保持率较低，常出现短路现象。相转化法和无机填料脱除法制备聚酰亚胺隔膜均需要使用成孔剂，成孔剂很难脱除干净，导致聚酰亚胺隔膜孔径分布不均，孔隙率较低(约50％)，影响锂电池充放电效率。如何制备孔径分布均匀、高孔隙率、高浸润性的聚酰亚胺电池隔膜是一项技术难题。

利用溶胶-凝胶和超临界干燥技术制备聚酰亚胺气凝胶，可制备出孔隙率高达80％以上，孔径分布较均匀，高浸润性的隔膜材料，但由于聚酰亚胺气凝胶的孔径均为纳米级(10～40nm)，导致电解液离子通过隔膜的效率较低，如何将聚酰亚胺气凝胶的平均孔径提高到几百纳米以上，从而提高电解液离子通过隔膜的效率，是聚酰亚胺气凝胶能否成为锂电池理想隔膜材料的一项技术难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种平均孔径达到几百纳米以上、高孔隙率、高浸润性、高耐温性的聚酰亚胺气凝胶锂电池隔膜及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种聚酰亚胺气凝胶锂电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

第一步，制备聚酰胺酸溶液，

A1.1、将芳香族二酐单体与芳香族二胺单体于有机溶剂中混合均匀得到反应溶液，进行缩合聚合反应，得到聚酰胺酸溶液；

A1.2、在步骤A1.1制备的聚酰胺酸溶液中加入不良有机溶剂，在保证聚酰胺酸不析出的前提下，使溶液体系混合均匀；

第二步，制备聚酰亚胺湿凝胶薄膜；

A2.1、在步骤A1.2制备的溶液体系中加入多氨基交联剂，混合均匀后，再加入亚胺化试剂，混合均匀后真空除泡得涂膜液；

A2.2、将步骤A2.1制备的涂膜液涂布在基材上，静置，待涂膜液凝胶并老化，得到聚酰亚胺湿凝胶薄膜；

第三步，将第二步制备的聚酰亚胺湿凝胶薄膜进行溶剂置换，超临界干燥，得到聚酰亚胺气凝胶锂电池隔膜。