[發(fā)明專利]一種聚酰亞胺氣凝膠鋰電池隔膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010795663.2
• 申請(qǐng)日: 2020-08-10
• 公開（公告）號(hào): CN112062989B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉韜;張恩爽;劉圓圓;劉曉波;李健;李文靜;楊潔穎;趙英民;張昊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 航天特種材料及工藝技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): C08J5/18
• 分類號(hào): C08J5/18;C08J9/28;C08J3/24;C08G73/10;C08L79/08;C08K5/18;H01M50/403;H01M50/423;H01M50/449;H01M10/052
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11200
• 代理人: 李文濤

本發(fā)明提出一種聚酰亞胺氣凝膠鋰電池隔膜及其制備方法，該方法通過將芳香族二酐單體與芳香族二胺單體在有機(jī)溶劑中混合均勻得到反應(yīng)溶液，進(jìn)行縮合聚合反應(yīng)，得到聚酰胺酸溶液；在聚酰胺酸溶液中加入不良有機(jī)溶劑，在保證聚酰胺酸不析出的前提下，得到混合均勻的溶液體系；在混合均勻的溶液體系中加入多氨基交聯(lián)劑，混合均勻后加入亞胺化試劑，再次混合均勻后真空除泡，得到涂膜液；將所述涂膜液涂布在基材上，靜置，待涂膜液凝膠并老化，得到聚酰亞胺濕凝膠薄膜；將聚酰亞胺濕凝膠薄膜進(jìn)行溶劑置換，超臨界干燥，得到聚酰亞胺氣凝膠鋰電池隔膜。該隔膜的平均孔徑達(dá)到幾百納米以上，高孔隙率，具有高浸潤(rùn)性和高耐溫性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種聚酰亞胺氣凝膠鋰電池隔膜及其制備方法，屬于鋰電池隔膜技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來由于能源短缺和環(huán)境污染的問題日益突出，以清潔無污染的電動(dòng)汽車替代傳統(tǒng)燃油車已成為一種必然的趨勢(shì)。鋰電池由于具有比容量大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無記憶效應(yīng)、可快速充電等優(yōu)點(diǎn)，已成為動(dòng)力電池的主要選擇。隔膜是鋰電池的關(guān)鍵組成部分，其主要作用在于阻隔電池正負(fù)極物理接觸和允許電解液離子自由通過，是電池容量、循環(huán)能力和安全性的重要決定因素。

傳統(tǒng)的鋰電池隔膜主要是聚烯烴隔膜，電池溫度超過160℃時(shí)會(huì)發(fā)生熔斷，導(dǎo)致正負(fù)極接觸而短路，從而導(dǎo)致電池著火甚至爆炸，對(duì)使用者的生命安全造成極大威脅；且聚烯烴隔膜還存在孔隙率低、電解液浸潤(rùn)性差的問題，不能滿足大容量、大倍率鋰電池的使用要求。

聚酰亞胺(PI)是一種綜合性能優(yōu)異的高分子絕緣材料，具有優(yōu)異的介電性能、熱穩(wěn)定性、機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，可在300℃以上長(zhǎng)期使用，由其制備電池隔膜，能大幅降低電池內(nèi)部過熱引發(fā)安全事故的風(fēng)險(xiǎn)，是理想的電池隔膜材料。目前制備聚酰亞胺電池隔膜的方法主要有靜電紡絲法、相轉(zhuǎn)化法和無機(jī)填料脫除法。由靜電紡絲法制備的聚酰亞胺納米纖維隔膜耐熱性好，但其孔徑過大，導(dǎo)致鋰電池的荷電保持率較低，常出現(xiàn)短路現(xiàn)象。相轉(zhuǎn)化法和無機(jī)填料脫除法制備聚酰亞胺隔膜均需要使用成孔劑，成孔劑很難脫除干凈，導(dǎo)致聚酰亞胺隔膜孔徑分布不均，孔隙率較低(約50％)，影響鋰電池充放電效率。如何制備孔徑分布均勻、高孔隙率、高浸潤(rùn)性的聚酰亞胺電池隔膜是一項(xiàng)技術(shù)難題。

利用溶膠-凝膠和超臨界干燥技術(shù)制備聚酰亞胺氣凝膠，可制備出孔隙率高達(dá)80％以上，孔徑分布較均勻，高浸潤(rùn)性的隔膜材料，但由于聚酰亞胺氣凝膠的孔徑均為納米級(jí)(10～40nm)，導(dǎo)致電解液離子通過隔膜的效率較低，如何將聚酰亞胺氣凝膠的平均孔徑提高到幾百納米以上，從而提高電解液離子通過隔膜的效率，是聚酰亞胺氣凝膠能否成為鋰電池理想隔膜材料的一項(xiàng)技術(shù)難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種平均孔徑達(dá)到幾百納米以上、高孔隙率、高浸潤(rùn)性、高耐溫性的聚酰亞胺氣凝膠鋰電池隔膜及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種聚酰亞胺氣凝膠鋰電池隔膜的制備方法，包括以下步驟：

第一步，制備聚酰胺酸溶液，

A1.1、將芳香族二酐單體與芳香族二胺單體于有機(jī)溶劑中混合均勻得到反應(yīng)溶液，進(jìn)行縮合聚合反應(yīng)，得到聚酰胺酸溶液；

A1.2、在步驟A1.1制備的聚酰胺酸溶液中加入不良有機(jī)溶劑，在保證聚酰胺酸不析出的前提下，使溶液體系混合均勻；

第二步，制備聚酰亞胺濕凝膠薄膜；

A2.1、在步驟A1.2制備的溶液體系中加入多氨基交聯(lián)劑，混合均勻后，再加入亞胺化試劑，混合均勻后真空除泡得涂膜液；

A2.2、將步驟A2.1制備的涂膜液涂布在基材上，靜置，待涂膜液凝膠并老化，得到聚酰亞胺濕凝膠薄膜；

第三步，將第二步制備的聚酰亞胺濕凝膠薄膜進(jìn)行溶劑置換，超臨界干燥，得到聚酰亞胺氣凝膠鋰電池隔膜。