[發(fā)明專利]一種同軸包覆三氧化二鋁的聚酰亞胺納米纖維膜及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-04-07
• 公開（公告）號: CN111455476B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 齊勝利;楊承沅;董南希;田國峰;武德珍
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)常州先進(jìn)材料研究院
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D04H1/728;D06M11/45;D06M10/02;D06C7/00;D04H1/4326;D06M101/30
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一種同軸包覆三氧化二鋁的聚酰亞胺納米纖維膜，其制備方法為：首先通過靜電紡絲法制備聚酰胺酸納米纖維膜，然后對其進(jìn)行改性，再將其用夾具固定并懸空鋪展在底部鋪有異丙醇鋁粉的密閉容器中，然后將容器抽真空并在一定溫度下加熱一定時間進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，最后經(jīng)過加熱處理，得到同軸包覆三氧化二鋁的聚酰亞胺納米纖維膜。本發(fā)明所述的同軸包覆三氧化二鋁的聚酰亞胺納米纖維膜功能層薄、熱穩(wěn)定性優(yōu)異，電解液浸潤速度快、浸潤性良好，作為高安全性鋰電池隔膜有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明所述的制備工藝高效安全，有巨大的工業(yè)化生產(chǎn)潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聚酰亞胺纖維膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種同軸包覆三氧化二鋁的聚酰亞胺納米纖維膜及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著傳統(tǒng)化石燃料的不斷消耗和人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，具有綠色環(huán)保、使用壽命長、工作溫度范圍寬等優(yōu)點的鋰離子電池已成為未來最重要的儲能設(shè)備之一。隔膜作為“第三電極”，起到防止電池正負(fù)極直接接觸的作用，在電池工作中扮演了重要角色，其性能對電池性能有著直接影響。隔膜材料研究是近年來電池研究的重點。

靜電紡絲又被稱作電紡絲，近年來，隨著納米材料研究的不斷推進(jìn)，靜電紡絲技術(shù)被研究者廣泛用于納米纖維的制備。利用靜電紡絲技術(shù)能夠制備長徑比大、比表面積大的納米纖維，被廣泛應(yīng)用在過濾材料、生物醫(yī)藥功能材料、傳感器材料、電極材料、增強(qiáng)材料、吸音材料等多個領(lǐng)域。電紡納米纖維膜高孔隙率、孔徑均勻可調(diào)的優(yōu)點讓其作為鋰離子電池隔膜有極大的潛力。

聚酰亞胺(PI)材料具有優(yōu)異的耐高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性，是進(jìn)行鋰電池隔膜改性、制備高性能鋰電池隔膜的理想材料之一。通過靜電紡絲法制備聚酰亞胺納米纖維膜作為鋰電池隔膜和利用聚酰亞胺材料對聚烯烴隔膜進(jìn)行涂覆改性是制備高性能鋰電池隔膜的重要研究方向。此外，已有研究表明，經(jīng)過三氧化二鋁(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)等無機(jī)物改性后的隔膜電解液浸潤性和熱穩(wěn)定性有極大提高，因此，利用無機(jī)材料改性聚酰亞胺納米纖維也是制備高性能電池隔膜的良好思路。目前，通過涂覆技術(shù)將無機(jī)物漿料涂在隔膜表面是最主要的鋰電池隔膜無極材料改性方法，然而，涂覆法制備的無機(jī)陶瓷改性隔膜存在一些問題。首先，雖然經(jīng)過涂覆處理后隔膜的電解液浸潤性有了很大提升，但是涂覆隔膜的多層結(jié)構(gòu)中仍然存在電解液浸潤性較差的部分(聚合物基膜)，這部分結(jié)構(gòu)的存在將降低隔膜的電解液浸潤性；此外，涂覆無機(jī)層對隔膜厚度的增加將進(jìn)一步減小電池的能量密度。針對這些缺點。本發(fā)明提供了一種同軸包覆三氧化二鋁的聚酰亞胺納米纖維膜及其制備方法。本發(fā)明得到的纖維膜有較高的孔隙率和吸液率，且不同于傳統(tǒng)的涂覆方法，以異丙醇鋁作為鋁源，利用納米纖維表面官能團(tuán)的吸附作用，采用氣相沉積的方式實現(xiàn)三氧化二鋁在纖維表面的同軸包覆，無機(jī)層不易脫落，幾乎不增加隔膜厚度。且制備過程操作簡便、安全性高、易于實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種同軸包覆三氧化二鋁的聚酰亞胺納米纖維膜及其制備方法。本發(fā)明提供的復(fù)合納米纖維膜熱穩(wěn)定性高、表面浸潤性優(yōu)異，能夠作為高安全性鋰電池隔膜；復(fù)合納米纖維膜的制備方法安全簡便，有進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的潛力。

一種同軸包覆三氧化二鋁的聚酰亞胺納米纖維膜，其特征在于，聚酰亞胺納米纖維的直徑為30-700nm，納米纖維表面包覆厚度為16-60nm的三氧化二鋁陶瓷層。

進(jìn)一步地，所述同軸包覆三氧化二鋁的聚酰亞胺納米纖維膜的電解液接觸角為3-12°，優(yōu)選4-10°；0.02N下熱形變溫度為280-335℃，優(yōu)選為290-330℃；孔隙率為72-92％，優(yōu)選75-90％。

一種同軸包覆三氧化二鋁的聚酰亞胺納米纖維膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

A：采用靜電紡絲法將固含量為8-15％的聚酰胺酸溶液制成聚酰胺酸納米纖維膜；

B：任選地，對步驟A得到的聚酰胺酸納米纖維膜進(jìn)行改性處理；