[发明专利]共混聚酰亚胺纳米纤维及其在电池隔膜中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种静电混纺聚酰亚胺纳米纤维及其应用，具体是一种可用于电池隔膜的耐高温、高孔隙率的共混聚酰亚胺纳米纤维。

背景技术

在近几十年中，锂离子二次电池以其高比能量、高电压、小体积、轻质量、无记忆等优点，成为通讯类电子产品的主要能源之一。但在很多情况下，由于人为的误用，锂离子二次电池容易出现冒烟、着火、甚至爆炸等危及使用者安全的隐患，从而使这种高容量高动力的锂离子电池至今还没有在汽车动力等领域得到广泛的应用。因此，提高锂离子电池的安全性是研发和推广锂离子电池在汽车动力等领域应用的关键。

现有的锂离子电池隔膜，如聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)等都很难保证在高温下的完整性，过热、过充电等安全测试也经常出现由于电池隔膜收缩造成电池内部短路引发热失控的问题。因此，选用高耐热性的电池隔膜成为解决锂离子电池安全性的关键之一。

聚酰亚胺(PI)是主链上含有酰亚胺环的一类芳香聚合物，具有优异的耐热性、化学稳定性、良好的机械性能和极高的电绝缘性能，可作为特种工程塑料、高性能纤维、选择性透过膜、高温涂料及高温复合材料等。因此，聚酰亚胺是一类非常适合于用作耐高温的安全电池隔膜的材料。之前有文献报道公开过一些解决电池隔膜耐热性的方案，但因机械强度不够或是孔隙率过低或是内阻过高等诸多原因而没有从根本上解决问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温、高孔隙率的共混聚酰亚胺纳米纤维及其在电池隔膜中的应用。该共混聚酰亚胺纳米纤维，是将两种聚酰亚胺前体经高压静电混纺和高温亚胺化处理所制得，该共混聚酰亚胺前体是由一种高温下不熔融的聚酰亚胺的前体和一种在300～400℃可熔融的聚酰亚胺的前体双组分组成。该共混聚酰亚胺前体经高温亚胺化后转变成双组分的共混聚酰亚胺，转变过程如下式所示：

其中，R₁是含芳环的二酐的残基结构，R₂和R₃是含芳环的二胺的残基结构，R₂和R₃的结构可以相同，也可以不同。n是聚合物重复单元数，在50至150之间。n值越大，聚合物分子量越大；X为小于等于1的正数，X代表不熔融聚酰亚胺的前体在共混物中的组成，(1-X)代表可熔性聚酰亚胺的前体在共混物中的组成。

具体地，R₁是如下结构中的一种：

均苯四酸二酐残基       联苯二酐残基             二苯砜二酐残基

三苯二醚二酐残基                         二苯醚二酐残基            环丁二酐残基

2，6-嘧啶双联二苯二酐残基        二苯酮二酐残基            3，6桥烯环己四酸二酐残基

双三氟甲基二苯甲烷四酸二酐残基    三联苯四酸二酐残基        萘四酸二酐残基

硫醚四酸二酐残基         环己四酸二酐残基          二苯氧基联苯四酸二酐残基

二甲基二苯甲烷四酸二酐残基    二氟均苯四酸二酐残基    二甲基二苯硅烷四酸二酐残基

R₂是如下结构中的一种：

2-甲基醚二胺残基              3，3′-二羟基联苯二胺残基    对苯二胺残基

二苯甲烷二胺残基                   硫醚二胺残基            3，3′-二甲氧基联苯二胺残基

三联苯二胺残基                    3，3′-二甲基二苯甲烷二胺残基        2，6-吡啶二胺残基

2，6-嘧啶联二苯二胺残基                  二甲基二苯甲烷二胺残基       5-甲基间苯二胺残基

联苯二胺残基                   二苯醚二胺残基              间苯二胺残基

R₃是如下结构中的一种：

三苯二醚二胺残基                  4，4′-二苯氧基二苯甲酮二胺残基