[发明专利]一种基于高性能聚芳酰胺锂电池隔膜涂层聚合溶液及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于高性能聚芳酰胺锂电池隔膜涂层聚合溶液及其制备方法和应用，采用特定配比和组分的低分子聚芳酰胺聚合物与叔酰胺型复合溶剂聚合得到，制备方法简单，无需制孔剂或其他辅料，经涂敷、凝固后在基隔膜表面即可形成聚芳酰胺纳米纤维涂层，其纳米纤维自然堆积成孔，工艺简单，溶液流动性好，且易于涂覆致孔改性和批量生产。

技术领域

本发明属于锂电池隔膜涂层材料技术领域，具体的说，是一种基于高性能聚芳酰胺锂电池隔膜涂层聚合溶液及其制备方法和应用。

技术背景

自从90年代初SONY公司开发出锂离子电池后，以其高能量密度和长循环寿命等优点而被大量应用于移动电子设备和动力装置中，其中，锂电池隔膜的一个重要功能是隔离正负极并阻止电池内电子穿过，同时能够允许离子的通过，从而完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间的快速传输。隔膜性能的优劣直接影响着电池的放电容量和循环使用寿命 。对锂电池的安全性具有非常重要的影响，因此通过改进隔膜的性能来提高锂离子电池的安全性、使用性 、工艺性的研究受到越来越多的关注。现有的锂离子电池隔膜多使用聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）材质，熔点低，受热易收缩，造成正负极接触短路，电池安全性降底。

当前对此类烯烃隔膜的耐温改性主要采用PVDF涂敷和无机粒子Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂涂敷粘接改性，但以上两种涂层存在涂层形貌难控制和与隔膜粘接差的缺点。

聚芳酰胺类聚合物具有耐高温、高强度、尺寸稳定性高和耐化学腐蚀的特点。热分解温度高于450℃，采用聚芳酰胺聚合物作为锂电池隔膜涂层有利于提升隔膜的耐温性和防穿刺性，大幅度提升锂电池的安全性。

WO 2011160431采用造纸工艺将芳纶与其沉析浆粕制备成多孔性隔膜，大幅度提升了隔膜的力学性能和耐温性。

WO 2017016373和CN107170942采用将芳纶纤维或聚合物溶于有机溶剂和其他辅料助剂后涂敷于隔膜上提升隔膜耐温性，但芳纶纤维或树脂是几乎不溶于其所用的溶剂体系，所以此类将芳纶纤维或树脂复溶回溶剂体系再涂膜的专利的可操作性差。

综上可知 ，现有电池隔膜技术已经开始使用聚芳酰胺涂层对隔膜经行改进，但在实际使用上，显然存在不便与缺陷，因此，需要一种力学性能和耐温性好且生产操作性好的聚合溶液。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于高性能聚芳酰胺锂电池隔膜涂层聚合溶液，采用特定配比和组分的低分子聚芳酰胺聚合物与叔酰胺型复合溶剂聚合得到，制备方法简单，无需制孔剂或其他辅料，经涂敷、凝固后在基隔膜表面即可形成聚芳酰胺纳米纤维涂层，其纳米纤维自然堆积成孔，工艺简单，溶液流动性好，且易于涂覆致孔改性和批量生产。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于高性能聚芳酰胺锂电池隔膜涂层聚合溶液，包括低分子聚芳酰胺聚合物和叔酰胺型复合溶剂，所述低分子聚芳酰胺聚合物采用芳二胺与二酰卤、或芳二胺与二羧酸单体聚合而成， 所述芳二胺为对位芳二胺，或者是对位芳二胺与间位芳二胺、邻位芳二胺、杂环型芳二胺中一种的组合，

所述二酰卤或二羧酸与芳二胺的摩尔比不等于100%，所述低分子聚芳酰胺聚合物中，对位芳二胺与二酰卤或与二羧酸占单体总量的摩尔百分比为50-100%，间位芳二胺、邻位芳二胺、杂环型芳二胺中的一种与二酰卤或与二羧酸占单体总量的摩尔百分比为0-50%。

本发明所述聚合溶液是由聚合而成而非聚合物或纤维溶解而成，其聚合反应时通过氮气保护的低温进行。

所述聚合溶液固含量≥3%，更具经济效益。

所述低分子聚芳酰胺聚合物的特征粘度η小于3dl/g，热分解温度大于450℃，且该低分子聚芳酰胺聚合物的分子量较低，能使聚合物溶液具有更好的流动性。