[發明專利]一種聚酰亞胺鋰電池復合隔膜的制備方法

有效

• 申請號: 201310036646.0
• 申請日: 2013-01-29
• 公開（公告）號: CN103132238A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 黃水壽;梅銅簡;郭加義;陳傳福
• 申請（專利權）人: 浙江大東南集團有限公司
• 主分類號: D04H1/4382
• 分類號: D04H1/4382;D04H1/4326;D04H1/728;D04H1/558;H01M2/16
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本發明涉及一種鋰電池復合隔膜的制備方法。

技術背景

靜電紡絲法是聚合物溶液或熔體在靜電作用下進行噴射拉伸而獲得納米級纖維的紡絲方法,這一方法技術工藝簡單,操作方便,是制備超細纖維及其無紡布的重要方法。現在傳統的電池隔膜如聚乙烯(PE),聚丙烯(PP)由于熔化溫度低，隔膜可能發生嚴重的熱收縮而引發電池短路，從而電池爆炸或著火。因此在大容量，高功率動力電池中使用PE隔膜和PP隔膜的安全性較低。

發明內容

為了克服已有鋰電池復合隔膜的制備方法的安全性較低、限制了鋰離子電池高倍率放電性能及循環性能的不足，本發明提供一種安全性良好、有利于改善鋰離子電池高倍率放電性能及循環性能的聚酰亞胺鋰電池復合隔膜的制備方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種聚酰亞胺鋰電池復合隔膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

1）將4,4-二氨基二苯醚ODA溶解在N，N-二甲基乙酰胺中，混合物的反應溫度保持在0~10℃，然后將3,3,4,4-二苯四甲酸二醚酐ODPA分批次加入到ODA溶液中，形成PAA溶液，其中，ODPA與ODA之間摩爾比為1：2~2：1，以ODPA和ODA作為溶質，N，N-二甲基乙酰胺作為有機溶劑，PAA溶液的質量百分比濃度為10~30%；

2）將制備好的PAA溶液進行靜電紡絲，PET無紡布接收，所述靜電紡絲的條件為：溫度25~40℃，電壓10~30KV、正負電極間距10~20cm、溶液流速為0.6~6mL/h，接收裝置的轉速100~500rpm，紡絲時間1~5h；

3）將紡絲完成后得到的纖維膜進行升溫熱亞胺化，得到聚酰亞胺鋰電池復合隔膜。

進一步，所述步驟3）中，將紡絲完成后得到的纖維膜先通過機械輥壓成型，然后分段階梯式升溫熱亞胺化，先升溫至120℃~150℃保溫20~40min后,再升溫至170℃~180℃,保溫20~40min后,再升溫至180℃~200℃,保溫1~3h后,在220℃~250℃條件下保溫1~3h。

更進一步，所述步驟1）中，所述N，N-二甲基乙酰胺使用前經過無水硫酸鎂干燥,蒸餾精制；所述4,4-二氨基二苯醚的純度>99%,使用前減壓干燥2~4h；所述3,3,4,4-二苯四甲酸二醚酐的純度>99%,使用前減壓干燥2~4h。

本發明的技術構思為：以含醚鍵(-O-)柔性官能團的醚酐(ODPA:3,3,4,4-二苯四甲酸二醚酐)和二胺(ODA:4,4-二氨基二苯醚)為縮聚單體,合成不同濃度的聚酰胺酸(PAA)溶液。以PAA為紡絲原液,以PET無紡布為載體，利用高壓靜電紡絲技術,制備PAA/PET無紡布復合膜,經過機械熱輥壓后，最終通過熱亞胺化得到PI/PET鋰電池復合隔膜。

無紡布型納米纖維隔膜具有孔隙率高、透氣性好和吸液保液能力強，有利于改善鋰離子電池高倍率放電性能及循環性能。

聚酰亞胺(PI)纖維作為高性能纖維的一個品種,因其大分子主鏈中有大量含苯環等,而且各環中的碳和氧以雙鍵相連,再加上芳雜環產生共扼效應,當聚酰亞胺纖維受到高能輻射時,纖維大分子吸收的能量大多不足以使分子鏈斷裂,而使纖維表現出許多優良的性能,除具有高強高模的特點外,還具有耐輻射、耐高溫和好的熱穩定性、優良的電絕緣性等特點。鋰離子動力電池的安全運行需要隔膜具有更高的強度、熱穩定性，開發新的隔膜材料同時提高隔膜的電安全性能是動力鋰電池對隔膜的新需求。本發明涉及鋰離子二次電池用聚酰亞胺基納米纖維無紡布復合隔膜的制備方法，采用高壓靜電紡絲，機械輥壓和高溫熱亞胺化的方法來制備，以熔點較高的PET無紡布作為基底，制備無紡布納米纖維隔膜。該隔膜具有機械強度好、孔隙率高、吸液保液能力強，較高熱穩定性，能夠滿足高容量、高功率鋰離子動力電池的安全性能要求。

本發明的有益效果主要表現在：工藝簡單、生產效率較高，且隔膜的厚度、孔徑、孔隙率和纖維直徑等均可控。所制備的PI/PET復合隔膜，能夠滿足高容量、高功率動力電池的大電流充放電及苛刻環境下運行的安全性要求。

具體實施方式

下面對本發明作進一步描述。

實施例1

一種聚酰亞胺鋰電池復合隔膜的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：