[發(fā)明專利]一種改性聚酰亞胺薄膜集流體及其制備方法和應(yīng)用

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910028007.7
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN109755586A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李歡;曹勇;王義飛
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: H01M4/66
• 分類號: H01M4/66;H01M4/04;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 合肥天明專利事務(wù)所(普通合伙) 34115
• 代理人: 汪貴艷

本發(fā)明公開了一種改性聚酰亞胺薄膜集流體及其制備方法，包括以下步驟：將二元酸酐和二元胺單體縮合聚合制備得到聚酰胺酸溶液；將石墨插層化合物加入所述聚酰胺酸溶液中，充分混合；將充分混合后的聚酰胺酸溶液澆鑄成膜后烘干、亞胺化制得改性聚酰胺亞胺薄膜集流體。混合有石墨插層化合物的聚酰亞胺薄膜，在兼顧聚酰亞胺耐熱性以及耐化學(xué)腐蝕特性的同時，石墨插層化合物的加入使得聚酰亞胺獲得了一定導(dǎo)電性和導(dǎo)熱及阻燃特性，減輕了電池重量，增強了電池的安全性能。本發(fā)明還公開了將所述改性聚酰亞胺薄膜集流體用于鋰離子或鈉離子電池中的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池領(lǐng)域，具體涉及一種改性聚酰亞胺薄膜集流體及其制備方法，還涉及所述改性聚酰亞胺薄膜集流體在用于制備鋰離子或鈉離子電池中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

目前，集流體只具有傳導(dǎo)電子的作用，集流體功能相對單一。對于鋰(鈉)離子電池集流體而言，銅箔和鋁箔是較為主流的材料，但是由于銅的密度為8.9g/cm³，鋁的密度為2.7g/cm³，對于鋰(鈉)離子電池而言，使用鋁箔和銅箔用作正負(fù)極集流體會占整個電池較大一部分重量，這對于制造高能量密度的電池而言是不利的，而當(dāng)電池遇到針刺、擠壓等事故時，正負(fù)極集流體直接接觸導(dǎo)致熱失控的發(fā)生。

聚酰亞胺(PI)是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)的一類聚合物材料。聚酰亞胺材料的綜合性能十分優(yōu)異，聚酰亞胺分子骨架結(jié)構(gòu)決定了聚酰亞胺材料的耐熱性以及耐化學(xué)性，具有剛性的芳香結(jié)構(gòu)使PI具有非常高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)。此外，芳香性團(tuán)體和聚酰亞胺的缺電子特性使得材料具有良好的氧化穩(wěn)定性。PI作為一種高性能工程聚合物，由于優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、良好的機械延展性和拉伸強度、低介電常數(shù)和化學(xué)穩(wěn)定性，耐輻射性，阻燃性等，己經(jīng)被用在許多先進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域。聚酰亞胺由于其優(yōu)秀的性能，在電池領(lǐng)域已占有非常重要的地位，現(xiàn)有技術(shù)中，有將聚酰亞胺膜經(jīng)炭化后再石墨化制成聚酰亞胺石墨膜，將所述聚酰亞胺石墨膜用于鋰離子電池時，可以有效避免電池中的腐蝕性電解質(zhì)或其副產(chǎn)物對集流體造成的破壞，提高電池使用穩(wěn)定性和安全性，但將聚酰亞胺膜石墨化處理不僅工藝繁雜，而且石墨化處理后的聚酰亞胺膜的拉伸強度等性能會受到一定程度影響，并不適合工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用；也有將聚酰亞胺薄膜制成多層復(fù)合的集流體，依次包括聚酰亞胺基底層、金屬導(dǎo)電鍍層和導(dǎo)電抗氧化層，這種鍍層技術(shù)對工藝要求相對嚴(yán)苛而且制作成本也相對較高。而將聚酰亞胺直接制成薄膜用于鋰(鈉)離子電池集流體的研究幾乎沒有。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明提供了一種改性聚酰亞胺薄膜集流體及其制備方法，在聚酰亞胺前驅(qū)體即聚酰胺酸溶液中加入石墨插層化合物，經(jīng)一系列工藝的優(yōu)化制得改性聚酰亞胺薄膜集流體，混合有石墨插層化合物的聚酰亞胺薄膜，在兼顧聚酰亞胺耐熱性以及耐化學(xué)腐蝕特性的同時，石墨插層化合物的加入使得聚酰亞胺獲得了一定導(dǎo)電性和導(dǎo)熱及阻燃特性。將其用于鋰(鈉)離子電池集流體中時，不僅會極大的減輕鋰(鈉)離子電池的重量，明顯提升電池的質(zhì)量能量密度，并且當(dāng)電池遇到熱失效事故，聚酰亞胺中的石墨插層化合物遇高溫會瞬時吸熱膨脹生成蠕蟲狀的膨脹石墨覆蓋在正負(fù)極材料表面，防止劇烈的燃燒發(fā)生，增強了電池的安全性能。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種改性聚酰亞胺薄膜集流體的制備方法，包括以下步驟：

a、將二元酸酐和二元胺單體縮合聚合制備得到聚酰胺酸溶液；

b、將石墨插層化合物加入所述聚酰胺酸溶液中，充分混合；

c、將步驟b中充分混合后的聚酰胺酸溶液澆鑄成膜后烘干、亞胺化制得改性聚酰胺亞胺薄膜集流體。