[發明專利]一種基于高性能聚芳酰胺鋰電池隔膜涂層聚合溶液及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011327501.2
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112201903A
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 李蘭英;何鑫業;林志嬌;周萬立
• 申請（專利權）人: 中藍晨光化工研究設計院有限公司
• 主分類號: H01M50/423
• 分類號: H01M50/423;H01M50/44;H01M50/454;H01M50/489;H01M10/052
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 向丹

本發明公開了一種基于高性能聚芳酰胺鋰電池隔膜涂層聚合溶液及其制備方法和應用，采用特定配比和組分的低分子聚芳酰胺聚合物與叔酰胺型復合溶劑聚合得到，制備方法簡單，無需制孔劑或其他輔料，經涂敷、凝固后在基隔膜表面即可形成聚芳酰胺納米纖維涂層，其納米纖維自然堆積成孔，工藝簡單，溶液流動性好，且易于涂覆致孔改性和批量生產。

技術領域

本發明屬于鋰電池隔膜涂層材料技術領域，具體的說，是一種基于高性能聚芳酰胺鋰電池隔膜涂層聚合溶液及其制備方法和應用。

技術背景

自從90年代初SONY公司開發出鋰離子電池后，以其高能量密度和長循環壽命等優點而被大量應用于移動電子設備和動力裝置中，其中，鋰電池隔膜的一個重要功能是隔離正負極并阻止電池內電子穿過，同時能夠允許離子的通過，從而完成在電化學充放電過程中鋰離子在正負極之間的快速傳輸。隔膜性能的優劣直接影響著電池的放電容量和循環使用壽命 。對鋰電池的安全性具有非常重要的影響，因此通過改進隔膜的性能來提高鋰離子電池的安全性、使用性 、工藝性的研究受到越來越多的關注。現有的鋰離子電池隔膜多使用聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）材質，熔點低，受熱易收縮，造成正負極接觸短路，電池安全性降底。

當前對此類烯烴隔膜的耐溫改性主要采用PVDF涂敷和無機粒子Al₂O₃、ZrO₂、SiO₂涂敷粘接改性，但以上兩種涂層存在涂層形貌難控制和與隔膜粘接差的缺點。

聚芳酰胺類聚合物具有耐高溫、高強度、尺寸穩定性高和耐化學腐蝕的特點。熱分解溫度高于450℃，采用聚芳酰胺聚合物作為鋰電池隔膜涂層有利于提升隔膜的耐溫性和防穿刺性，大幅度提升鋰電池的安全性。

WO 2011160431采用造紙工藝將芳綸與其沉析漿粕制備成多孔性隔膜，大幅度提升了隔膜的力學性能和耐溫性。

WO 2017016373和CN107170942采用將芳綸纖維或聚合物溶于有機溶劑和其他輔料助劑后涂敷于隔膜上提升隔膜耐溫性，但芳綸纖維或樹脂是幾乎不溶于其所用的溶劑體系，所以此類將芳綸纖維或樹脂復溶回溶劑體系再涂膜的專利的可操作性差。

綜上可知 ，現有電池隔膜技術已經開始使用聚芳酰胺涂層對隔膜經行改進，但在實際使用上，顯然存在不便與缺陷，因此，需要一種力學性能和耐溫性好且生產操作性好的聚合溶液。

發明內容

針對上述缺陷，本發明的目的在于提供一種基于高性能聚芳酰胺鋰電池隔膜涂層聚合溶液，采用特定配比和組分的低分子聚芳酰胺聚合物與叔酰胺型復合溶劑聚合得到，制備方法簡單，無需制孔劑或其他輔料，經涂敷、凝固后在基隔膜表面即可形成聚芳酰胺納米纖維涂層，其納米纖維自然堆積成孔，工藝簡單，溶液流動性好，且易于涂覆致孔改性和批量生產。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于高性能聚芳酰胺鋰電池隔膜涂層聚合溶液，包括低分子聚芳酰胺聚合物和叔酰胺型復合溶劑，所述低分子聚芳酰胺聚合物采用芳二胺與二酰鹵、或芳二胺與二羧酸單體聚合而成， 所述芳二胺為對位芳二胺，或者是對位芳二胺與間位芳二胺、鄰位芳二胺、雜環型芳二胺中一種的組合，

所述二酰鹵或二羧酸與芳二胺的摩爾比不等于100%，所述低分子聚芳酰胺聚合物中，對位芳二胺與二酰鹵或與二羧酸占單體總量的摩爾百分比為50-100%，間位芳二胺、鄰位芳二胺、雜環型芳二胺中的一種與二酰鹵或與二羧酸占單體總量的摩爾百分比為0-50%。

本發明所述聚合溶液是由聚合而成而非聚合物或纖維溶解而成，其聚合反應時通過氮氣保護的低溫進行。

所述聚合溶液固含量≥3%，更具經濟效益。

所述低分子聚芳酰胺聚合物的特征粘度η小于3dl/g，熱分解溫度大于450℃，且該低分子聚芳酰胺聚合物的分子量較低，能使聚合物溶液具有更好的流動性。