[發明專利]一種長碳鏈聚酰胺多孔膜及其制備方法與用途

有效

• 申請號: 201610007182.4
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN106953054B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 董俠;王莉莉;王篤金;劉學新
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;B01D67/00;B01D69/02;B01D71/56;C02F1/44
• 代理公司: 11223 北京元中知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 另婧

本發明涉及一種長碳鏈聚酰胺多孔膜及其制備方法與用途，所述的多孔膜為均勻厚度的片狀結構，所述片狀結構上具有多個基本上相互獨立的的微孔，所述的多孔膜是采用長碳鏈聚酰胺制備而成的，所述的長碳鏈聚酰胺為分子中兩相鄰酰胺基團之間的碳鏈長度大于10的脂肪族聚酰胺，其中所述的微孔為類橢圓形，至少兩個類橢圓形的長軸接近為一條直線或者平行；或者所述的微孔為類橢圓形，數個類橢圓在片狀結構上形成數個微孔簇分布，多數類橢圓形的長軸基本在一個方向。本發明采用長碳鏈聚酰胺能夠與鋰電池中的極性電解液有較好的親和性，同時長碳鏈聚酰胺具有較高的熔點、熱分解溫度、軟化溫度，該類材料在制備鋰離子電池隔膜、水處理膜方面具有優越性。

技術領域

本發明涉及一種多孔膜及其制備方法與用途，具體地說，涉及一種長碳鏈聚酰胺多孔膜及其制備方法與用途

背景技術

多孔膜是一種先進的分離技術，因其操作簡單、高效、節能、污染小等特點已經廣泛應用于各個領域。聚酰胺是一種綜合性能優異的工程塑料，聚酰胺過濾膜也已在實驗室、工業、生活的過濾處理中得到了廣泛的應用。但是對普通聚酰胺而言，其含有極性的酰胺基團，且酰胺基團密度大，這導致其具有很強的吸水率，吸水后聚酰胺的機械性能會大大降低，這大大限制了聚酰胺過濾膜的使用壽命及在某些特定領域的應用。

多孔膜另一個重要的應用領域是鋰離子電池隔膜，隨著能源技術的不斷發展，鋰離子電池已廣泛應用于各個領域，從電腦、手機到電動汽車領域，鋰離子電池發揮著舉足輕重的作用。它具有工作電壓高、能量密度大、循環壽命長、低污染等優異性能。作為鋰離子電池的重要部分，隔膜是位于正極和負極之間的一層微孔膜材料，用來阻隔正負極物理接觸，同時使電解液中的離子自由遷移而電池內的電子不能穿過，即使得電流阻斷，電池隔膜起到了重要的作用，具有多孔結構的聚合物隔膜在較高溫度下發生熔化，從而導致多孔結構關閉、阻抗迅速增加而使電流阻斷，該溫度稱為阻斷(Shut-Down)溫度，又稱自閉溫度。另外，隔膜的孔關閉后，如果電池溫度繼續升高，超過隔膜的耐熱溫度時，隔膜會發生完全熔化、破壞，導致正極、負極直接接觸而短路，此溫度稱為破膜(break-out)溫度。隔膜材料顯著影響電池的能量、功率密度、循環壽命和安全性能，其結構優化對提高電池的綜合性能具有重要作用。因聚烯烴較高的機械強度、良好的化學穩定性等優點被廣泛應用于鋰離子電池隔膜材料，目前商品化鋰電池隔膜材料主要采用聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)微孔膜以及PP/PE多層復合膜，由于熔化溫度低(如PE隔膜的自閉溫度為130-140℃，PP隔膜的自閉溫度為170℃左右)，在某些情況下，例如外部溫度過高、放電電流過大或者電解液受熱過程中的熱慣性的情況下，即使電流被阻斷，電池的溫度也可能繼續升高，因此隔膜可能完全被破壞而導致電池短路，從而導致電池爆炸或著火，因此采用PE隔膜和PP隔膜的安全性較低。此外該隔膜材料還存在以下的缺點，由于聚烯烴的極性小且表面能低，而電解液屬于極性較高的有機溶劑，因此聚烯烴與電解液浸潤性較差，致使絕大部分電解液存在于空隙間，易造成電解液泄漏。

申請號為201510126639.9的專利申請公開了一種鋰離子電池用親水性聚烯烴微孔膜的制備方法，在聚烯烴微孔膜上涂覆通過1,1,-二取代芳香烯類單體所制備的嵌段共聚物，其中嵌段共聚物上一種鏈段含有親水基團，另一種鏈段與聚烯烴膜有較好的親和性，使其與聚烯烴微孔膜以及鋰電池內的電解液都具有良好的親和性。但是該方法中涂料與基體的粘結性及其復雜的工藝優化是該技術面臨的重要問題。

申請號為200680039461.3的專利公開了一種聚烯烴多層微孔膜及其制造方法以及電池用隔離件，一種聚烯烴三層微孔膜，具有由聚乙烯系樹脂構成的形成兩表層的微孔層、以及含有聚丙烯和熔點或玻璃化轉變溫度為180-260℃的耐熱性樹脂的形成內層的微孔層，從而提高了微孔膜的耐熱性。

申請號為200810185300.6的專利公開了一種制備微孔性聚烯烴多層膜的方法，該多層膜是聚乙烯、稀釋劑與耐熱性填料混合通過拉伸形成膜，從而改善聚烯烴的熱穩定性，但是填料的重量及脫落嚴重影響了這類材料的使用性能。