[發(fā)明專利]一種熱解致孔的對位芳綸納米纖維鋰離子電池隔膜的制備

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610173261.2
• 申請日: 2016-03-24
• 公開（公告）號: CN105702900B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王羅新;庹星星;羅丹;陳少華;庹新林;王樺
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢紡織大學(xué)
• 主分類號: H01M2/14
• 分類號: H01M2/14;H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所42001
• 代理人: 王敏鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種熱解致孔的對位芳綸納米纖維鋰離子電池隔膜的制備，屬于新能源材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

聚對苯二甲酰對苯二胺（PPTA）是一種液晶高分子，剛性的長直鏈結(jié)構(gòu)使PPTA分子容易聚集，且由于分子間氫鍵作用較強，所以由PPTA高度取向制成的纖維具有諸多優(yōu)異性能，比如高強度、高模量、耐高溫等，在航空航天、防彈護具等軍事領(lǐng)域和諸多民用領(lǐng)域有著廣泛而重要的用途。和耐熱性能同樣優(yōu)異的聚間苯二甲酰間苯二胺（PMIA）相比， PPTA力學(xué)性能更優(yōu)異，高溫尺寸穩(wěn)定性更好，尤其耐有機溶劑性遠高于PMIA。

鋰離子電池應(yīng)用廣泛，成為近年來新型電源研究技術(shù)的熱點。在鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，在制造電池的材料中占有非常重要的地位。目前，商業(yè)化的鋰離子電池隔膜以聚烯烴微孔膜為主，其局限性在于隔膜很難保證高溫完整性，即隔膜在150℃以上的高溫下會發(fā)生嚴重?zé)崾湛s甚至熔融破壞，使得鋰電池的安全性降低，而動力、儲能鋰離子電池對隔膜的耐溫性能要求更高，使用常規(guī)聚烯烴隔膜存在潛在安全隱患。鑒于PPTA優(yōu)異的綜合特性，其用于鋰離子電池隔膜材料具有很大優(yōu)勢。。

目前制備PPTA薄膜最常用的方法是先采用PPTA短切纖維，配合PPTA漿粕及相關(guān)助劑，然后再抄制成薄膜，用于鋰離子電池隔膜。例如，中國專利（公開號CN101872852A、CN103943806A、CN104577011A、CN101867030A），采用芳綸短纖維，配加芳綸沉析纖維或漿粕，通過抄紙工藝，制備芳綸隔膜。盡管所制備的隔膜具有很好的耐溫性能、耐疲勞性、低變形、耐火阻燃性能、耐化學(xué)腐蝕性能等優(yōu)點，但是，由于使用的芳綸短纖維直徑較粗，通過抄紙工藝制備的隔膜一般較厚，若制備較薄的隔膜，則存在隔膜孔徑過大，難以滿足高端鋰離子電池高倍率充放電性能的要求。

中國專利公開號CN103242556A，公開日2013年8月14日，發(fā)明專利名稱為“一種芳香族聚酰胺復(fù)合隔膜的制備方法”，該發(fā)明中將芳香族聚酰胺纖維、溶劑、助溶劑、造孔劑混合均勻，制成成膜液，將成膜液涂覆在鋰離子電池原始隔膜上，得到濕膜，然后干燥處理。該隔膜電池具有透氣性良好、機械性能好，耐高溫性能強的特點，但是，該隔膜為多層結(jié)構(gòu)，制備過程較為繁瑣，使用較多的有機溶劑和助劑，不環(huán)保。

以對位芳綸納米纖維為原料可以制備厚度較薄鋰離子電池隔膜。中國專利公開號CN104403119A，公開日2015年3月11日，發(fā)明專利名稱為“一種聚對苯二甲酰對苯二胺薄膜制備方法”，該發(fā)明涉及一種聚對苯二甲酰對苯二胺薄膜的制備方法。該制備方法在PPTA低溫溶液聚合過程中加入一定量的表面活性劑，聚合進行到一定程度之后向聚合體系中加入大量溶劑N-甲基吡咯烷酮（NMP）使之分散，然后加入大量分散劑將表面活性劑洗出，同時減壓過濾PPTA的分散液得到薄膜。該制備方法從PPTA單體出發(fā)，通過聚合、溶脹、分散、過濾和干燥步驟制備出收縮率小、強度高、厚度可控、各相同性的高性能PPTA薄膜。該發(fā)明制備的薄膜可用于鋰離子電池隔膜，但該薄膜用于鋰離子電池隔膜時，隔膜較為致密，且隔膜的孔隙率和孔徑大小較難調(diào)控。

可見，在現(xiàn)有的技術(shù)中，以對位芳綸納米纖維為基材，目前還沒有開發(fā)出強度高、高溫?zé)岱€(wěn)定性好、尺寸穩(wěn)定、厚度可控、孔隙率和孔徑大小易于調(diào)控的隔膜的制備方法，因此，面對鋰離子電池工業(yè)發(fā)展對高性能隔膜的巨大需求，迫切需要開發(fā)出綜合性能好、制備方法簡便節(jié)能的鋰離子電池隔膜材料。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于一種熱解致孔的對位芳綸納米纖維鋰離子電池隔膜的制備，為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種熱解致孔的對位芳綸納米纖維鋰離子電池隔膜的制備，包括對位芳綸納米纖維薄膜的制備。所述制備方法是指將制備好的對位芳綸納米纖維薄膜在氣體氛圍或抽真空條件下進行高溫?zé)g，得到孔徑可控的對位芳綸納米纖維隔膜，其制備方法如下：

將制備好的厚度為6~130um，對位芳綸納米纖維直徑為40~100nm，纖維長度為5~25um的對位芳綸納米纖維薄膜置于煅燒爐內(nèi)，在氣體氛圍或抽真空條件下進行高溫?zé)g，得到厚度為5~120um，孔徑為0.1~0.8um，孔隙率為30%~60%的對位芳綸納米纖維鋰離子電池隔膜。

其中，所述的高溫?zé)g的溫度為150~300℃，燒蝕時間為3~80分鐘。

所述的氣體為空氣或惰性氣體。

所述的惰性氣體為氮氣或氬氣中的一種。