[发明专利]聚酰亚胺锂电池隔膜及其制备方法以及包含该隔膜的锂电池

说明书

本申请涉及锂离子电池材料领域。公开了一种聚酰亚胺锂电池隔膜及其制备方法，以及包含该隔膜的锂电池。该聚酰亚胺锂电池隔膜包含：以重量份计，30‑50份的二元有机胺、30‑50份的二元有机酸酐、2‑5份多氨基交联剂和5‑20份的经氨基偶联剂表面修饰的陶瓷粉末反应并亚胺化形成的聚酰亚胺。通过加入多氨基交联的方式，聚酰亚胺隔膜可以在后续亚胺化过程中在聚合物分子链间形成交联，极大的加强了机械强度；通过添加表面修饰偶联剂的陶瓷粉末，可以极大的提高聚酰亚胺隔膜的穿刺强度，同时保证隔膜孔径较小，分布均匀，解决电池的漏电流问题；同时，这种聚酰亚胺锂电池隔膜生产效率高，有利于工业大规模生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域。更具体而言，涉及一种陶瓷交联型聚酰亚胺锂电池隔膜及其制备方法以及包含该隔膜的锂电池。

背景技术

锂离子电池由于具有功率密度高、循环寿命长、自放电率低、放电电压稳定、无记忆效应和快速充放电性等优点，已成为目前高性能电池的代表，在笔记本电脑、智能手机、数码相机、MP3等小型家电领域和动力电池领域已得到广泛的应用。

传统的锂离子电池隔膜主要是聚烯烃微孔隔膜，这种隔膜在受热时极易发生热收缩，导致正负极短路，有很大的安全隐患。而且，聚烯烃微孔隔膜较低的孔隙率、持液率和差的电解液浸润性使其无法用于大容量、大倍率锂离子电池。因此，近年来研究者开始研究使用聚酰亚胺(PI)耐高温材料代替传统聚烯烃作为隔膜。PI隔膜大大高于目前常用PP、PE隔膜的耐热温度，避免了隔膜的融化问题，极大的提高了电池的高温安全性能，并且改善锂离子电池的倍率性能和循环寿命等性能。

CN101974828和CN104752665A公开了一种采用静电纺丝制备的聚酰亚胺纳米纤维膜，用于锂离子电池隔膜。得到的聚酰亚胺纤维膜具有孔隙率高、耐高温等特性。但是采用静电纺丝生产效率太低，不利于工业大规模生产。此外这种纳米纤维膜机械性能较差，穿刺强度不高，远远低于传统聚烯烃隔膜，容易发生锂枝晶刺穿隔膜的现象，造成电池短路。

CN101645497A和Electrochimica Acta 187(2016)125–133通过将聚酰胺酸溶液和成孔剂混合制备得到聚酰胺酸膜，再将膜通过非溶剂取出成孔剂，最后热亚胺化制备多孔聚酰亚胺锂电隔膜。该种方法制备的聚酰亚胺隔膜能够提高隔膜的生产效率。但是其机械强度和穿刺性能都比较低，依然不能满足锂离子电池的使用要求，并且制备的隔膜孔径较大，分布不均，漏电流增加。

发明内容

因此，鉴于上述制备聚酰亚胺锂电池隔膜的方法不利于工业化成产同时所制备的聚酰亚胺锂电池隔膜机械性能不佳，尤其是穿刺强度差，易发生锂枝晶刺穿隔膜和漏电流增加等问题，本发明旨在提供一种聚酰亚胺锂电池隔膜及其制备方法以及包含该隔膜的锂电池，从而可以提供具有提高的机械强度尤其是穿刺强度的聚酰亚胺锂电池隔膜，并能够解决聚酰亚胺隔膜的锂电池漏电流问题。

为了实现以上目的，本发明的一个方面提供一种聚酰亚胺锂电池隔膜，该聚酰亚胺锂电池隔膜包含：以重量份计，30-50份的二元有机胺、30-50份的二元有机酸酐、2-5份多氨基交联剂和5-20份的经氨基偶联剂表面修饰的陶瓷粉末反应并亚胺化形成的聚酰亚胺，且为多孔结构。

优选地，所述二元有机胺为选自4,4'-二氨基二苯醚、对苯二胺、间苯二胺、4,4'-双(4-氨基苯氧基)联苯和1,3-双(4-氨基苯氧基)苯中的一种或多种。

优选地，所述二元有机酸酐为选自均苯四甲酸二酐、联苯四甲酸二酐、二苯酮四酸二酐(BTDA)、双酚A型二醚二酐(BPADA)中的一种或多种。

优选地，所述多氨基交联剂为选自1,3,5-三氨基苯、1,3,5-三(4-氨基苯氧基)苯和3,3'-二氨基联苯胺中的一种或多种。

优选地，所述陶瓷粉末为选自氧化铝粉末、氮化铝粉末、氮化硼粉末、二氧化硅粉末中的一种或多种。