[發(fā)明專利]聚酰亞胺微孔隔膜的制備方法

有效

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• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103383996A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尚玉明;王要武;何向明;李建軍;王莉;趙鵬;楊聚平
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇華東鋰電技術(shù)研究院有限公司;清華大學(xué)
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44311
• 代理人: 哈達(dá)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化學(xué)材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種聚酰亞胺微孔隔膜的制備方法。

背景技術(shù)

隨著鋰離子電池在移動電話、電動車與能量儲存系統(tǒng)等新能源應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，鋰離子電池的安全性問題顯得尤為重要。基于對鋰離子電池安全問題的原因分析，可以從以下幾方面來提高鋰離子電池的安全性：一是通過優(yōu)化鋰離子電池的設(shè)計(jì)和管理等，對鋰離子電池充放電過程進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和處理，保證鋰離子電池的使用安全，二是改進(jìn)或開發(fā)新的電極材料，提高電池本征安全性能，三是使用新型安全性的電解質(zhì)和隔膜體系，提高電池安全性能。

隔膜是鋰離子電池結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，其作用是能使電解質(zhì)離子通過、分隔陰極與陽極接觸防止短路。傳統(tǒng)的鋰離子電池隔膜是聚烯烴，如聚丙烯(PP)及聚乙烯(PE)經(jīng)物理（如拉伸法）或化學(xué)（如萃取法）制孔工藝制備的多孔薄膜，如日本旭化成Asahi、東燃化學(xué)Tonen、宇部Ube、美國Celgard等外國公司的隔膜產(chǎn)品。作為隔膜的基體聚合物，聚烯烴具有強(qiáng)度高、耐酸堿性好、耐溶劑性好等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是熔點(diǎn)較低（聚乙烯熔點(diǎn)約為130℃，聚丙烯約為160℃），高溫易收縮或熔斷。當(dāng)電池發(fā)生熱失控，溫度達(dá)到聚合物熔點(diǎn)附近，隔膜發(fā)生大幅收縮及熔融破裂，電池正負(fù)極短路，加速電池的熱失控，進(jìn)而導(dǎo)致電池起火、爆炸等安全事故。

因此，制備和使用耐高溫的鋰離子電池隔膜，是提高鋰離子電池安全性能的重要措施之一。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，確有必要提供一種耐高溫的聚酰亞胺微孔隔膜的制備方法。

一種聚酰亞胺微孔隔膜的制備方法，包括以下步驟：采用柔性單體，以一步法制備可溶性聚酰亞胺，并形成聚酰亞胺溶液；提供無機(jī)模板劑，該無機(jī)模板劑為無機(jī)納米顆粒，在有機(jī)溶劑中通過表面處理劑對該無機(jī)模板劑進(jìn)行表面處理，使無機(jī)模板劑分散在該有機(jī)溶劑中，形成無機(jī)模板劑分散液；將該聚酰亞胺溶液和無機(jī)模板劑分散液混合并超聲處理，形成制膜液；將該制膜液涂覆在基板表面并烘干，形成有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜；以及將該有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜置于模板脫除劑溶液中，該有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜中的無機(jī)模板劑與該模板脫除劑反應(yīng)，從而去除該有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜中的無機(jī)模板劑，得到該聚酰亞胺微孔隔膜。該聚酰亞胺溶液的制備包括：在保護(hù)氣氛下，將二酐單體及二胺單體加入有機(jī)溶劑形成混合液，攪拌該混合液使該二酐單體及二胺單體在該有機(jī)溶劑中溶解后，加入催化劑，在160℃至200℃溫度下充分反應(yīng)，生成聚酰亞胺，以及將所得聚酰亞胺溶于有機(jī)溶劑配置成聚酰亞胺溶液。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的聚酰亞胺微孔隔膜的制備方法，以表面處理劑對無機(jī)模板劑進(jìn)行表面修飾，使無機(jī)模板劑具有疏水性，然后將表面修飾后的無機(jī)模板劑與聚酰亞胺溶液混合，制備得到有機(jī)無機(jī)雜化膜，然后以模板脫除劑脫除該無機(jī)模板劑，烘干得到聚酰亞胺微孔隔膜。該聚酰亞胺微孔隔膜具有耐高溫特性，在150℃熱收縮率幾乎為0，從而可以提高鋰離子電池的安全性能。

附圖說明

圖1為聚酰亞胺微孔隔膜制備的2032型扣式電池倍率性能。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的聚酰亞胺微孔隔膜的制備方法作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明實(shí)施例提供的所述聚酰亞胺微孔隔膜的制備方法包括以下步驟：

步驟一，采用柔性單體，以一步法制備可溶性聚酰亞胺，并形成聚酰亞胺溶液；

步驟二，提供無機(jī)模板劑，在有機(jī)溶劑中通過表面處理劑對該無機(jī)模板劑進(jìn)行表面處理，使無機(jī)模板劑分散在該有機(jī)溶劑中，形成無機(jī)模板劑分散液；

步驟三，將該聚酰亞胺溶液和無機(jī)模板劑分散液混合并超聲處理，形成制膜液；

步驟四，將該制膜液涂覆在基板表面并烘干，形成有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜；以及

步驟五，將該有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜置于模板脫除劑溶液中，該有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜中的無機(jī)模板劑與該模板脫除劑反應(yīng)，從而去除該有機(jī)無機(jī)復(fù)合膜中的無機(jī)模板劑，得到該聚酰亞胺微孔隔膜。

傳統(tǒng)的聚酰亞胺多為兩步法制備，首先二酐單體與二酸單體在常溫下聚合得到中間體聚酰胺酸，然后在高溫（如300℃至400℃）下熱處理使聚酰胺酸亞胺化，得到聚酰亞胺。然而在高溫處理時容易形成分子鏈間的交聯(lián)，使該方法得到的聚酰亞胺多為難溶物質(zhì)，不適于與無機(jī)模板劑復(fù)合得到復(fù)合膜。此外，單體選擇也很重要，一些剛性較大的單體所制備得到的聚酰亞胺也是難溶的。

在步驟一中，本發(fā)明采用柔性單體，以中溫一步法得到可溶性聚酰亞胺并形成聚酰亞胺溶液，具體包括以下步驟：