[发明专利]PI‑Si3N4‑PTFE三元纳米复合多曲孔膜材料及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种纳米复合多曲孔膜材料，它以聚酰亚胺(PI)纳米纤维非织造布为基材，基材孔隙中填充有复合纳米颗粒；所述的复合纳米颗粒由聚四氟乙烯纳米微球(PTFE‑NP)和氮化硅纳米颗粒(Si3N4‑NP)以(7‑12)/(8‑13)的重量比混合构成。本发明提供的纳米复合多曲孔膜材料具有耐高温、高硬度、适中的孔隙率、适中的面密度、良好的离子传输性和优异的机械性能，用在锂离子电池中，可克服纯聚酰亚胺纳米纤维隔膜由于孔隙率过高而造成电池微短路的问题；可解决动力锂离子电池因机械碰撞导致热失控的严重问题。

主权项

一种纳米复合多曲孔膜材料，它以聚酰亚胺(PI)纳米纤维非织造布为基材，基材孔隙中填充有复合纳米颗粒；其特征在于：所述的复合纳米颗粒由聚四氟乙烯纳米微球(PTFE‑NP)和氮化硅纳米颗粒(Si3N4‑NP)以(7‑12)/(8‑13)的重量比混合构成；所述的PTFE‑NP的直径在80‑300nm之间；所述的Si3N4‑NP的直径在50‑800nm之间；它通过用含有(7‑12)/(8‑13)的重量比的PTFE‑NP和Si3N4‑NP的水基混合悬浮液浸渍PI纳米纤维非织造布，使悬浮液渗透填满PI纳米纤维非织造布的孔隙，再经100‑200℃高温烘干制得；具体通过包括以下步骤的方法制得：1)配制水基混合悬浮液：按重量百分比计，将7‑12％的聚四氟乙烯纳米微球、8‑13％的氮化硅纳米颗粒、0.05‑0.15％的聚丙烯酸铵分散剂、1.0‑2.5％的丙烯酸丁酯‑丙烯酸异辛酯共聚物粘合剂和余量的水混合得到混合液，将混合液在8000转/min的转速下乳化，形成绝对粘度在20～30mPa·S的水基混合悬浮液；2)制备纳米复合多曲孔膜材料：将步骤1)配制的水基混合悬浮液在水平板上铺平形成一定厚度的悬浮液膜，然后将厚度在9‑38μm之间、孔隙率在60‑90％之间的电纺PI纳米纤维非织造布覆盖在所述的悬浮液膜上，悬浮液渗进PI纳米纤维非织造布中，待纳米纤维布上层湿透，揭起PI纳米纤维非织造布；3)将步骤2)得到的PI纳米纤维非织造布先在100～120℃下热烘8～12min，再升温至180～200℃热处理3～6min,使PTFE‑NP和氮化硅纳米颗粒间以及它们与PI纳米纤维间因粘合剂的熔融而充分粘结形成所述的纳米复合多曲孔膜材料。