[发明专利]一种改性聚酰亚胺薄膜集流体及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种改性聚酰亚胺薄膜集流体及其制备方法，包括以下步骤：将二元酸酐和二元胺单体缩合聚合制备得到聚酰胺酸溶液；将石墨插层化合物加入所述聚酰胺酸溶液中，充分混合；将充分混合后的聚酰胺酸溶液浇铸成膜后烘干、亚胺化制得改性聚酰胺亚胺薄膜集流体。混合有石墨插层化合物的聚酰亚胺薄膜，在兼顾聚酰亚胺耐热性以及耐化学腐蚀特性的同时，石墨插层化合物的加入使得聚酰亚胺获得了一定导电性和导热及阻燃特性，减轻了电池重量，增强了电池的安全性能。本发明还公开了将所述改性聚酰亚胺薄膜集流体用于锂离子或钠离子电池中的应用。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种改性聚酰亚胺薄膜集流体及其制备方法，还涉及所述改性聚酰亚胺薄膜集流体在用于制备锂离子或钠离子电池中的应用。

背景技术

目前，集流体只具有传导电子的作用，集流体功能相对单一。对于锂(钠)离子电池集流体而言，铜箔和铝箔是较为主流的材料，但是由于铜的密度为8.9g/cm³，铝的密度为2.7g/cm³，对于锂(钠)离子电池而言，使用铝箔和铜箔用作正负极集流体会占整个电池较大一部分重量，这对于制造高能量密度的电池而言是不利的，而当电池遇到针刺、挤压等事故时，正负极集流体直接接触导致热失控的发生。

聚酰亚胺(PI)是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物材料。聚酰亚胺材料的综合性能十分优异，聚酰亚胺分子骨架结构决定了聚酰亚胺材料的耐热性以及耐化学性，具有刚性的芳香结构使PI具有非常高的玻璃化转变温度(Tg)。此外，芳香性团体和聚酰亚胺的缺电子特性使得材料具有良好的氧化稳定性。PI作为一种高性能工程聚合物，由于优良的热稳定性、良好的机械延展性和拉伸强度、低介电常数和化学稳定性，耐辐射性，阻燃性等，己经被用在许多先进技术领域。聚酰亚胺由于其优秀的性能，在电池领域已占有非常重要的地位，现有技术中，有将聚酰亚胺膜经炭化后再石墨化制成聚酰亚胺石墨膜，将所述聚酰亚胺石墨膜用于锂离子电池时，可以有效避免电池中的腐蚀性电解质或其副产物对集流体造成的破坏，提高电池使用稳定性和安全性，但将聚酰亚胺膜石墨化处理不仅工艺繁杂，而且石墨化处理后的聚酰亚胺膜的拉伸强度等性能会受到一定程度影响，并不适合工业化大规模应用；也有将聚酰亚胺薄膜制成多层复合的集流体，依次包括聚酰亚胺基底层、金属导电镀层和导电抗氧化层，这种镀层技术对工艺要求相对严苛而且制作成本也相对较高。而将聚酰亚胺直接制成薄膜用于锂(钠)离子电池集流体的研究几乎没有。

发明内容

基于此，本发明提供了一种改性聚酰亚胺薄膜集流体及其制备方法，在聚酰亚胺前驱体即聚酰胺酸溶液中加入石墨插层化合物，经一系列工艺的优化制得改性聚酰亚胺薄膜集流体，混合有石墨插层化合物的聚酰亚胺薄膜，在兼顾聚酰亚胺耐热性以及耐化学腐蚀特性的同时，石墨插层化合物的加入使得聚酰亚胺获得了一定导电性和导热及阻燃特性。将其用于锂(钠)离子电池集流体中时，不仅会极大的减轻锂(钠)离子电池的重量，明显提升电池的质量能量密度，并且当电池遇到热失效事故，聚酰亚胺中的石墨插层化合物遇高温会瞬时吸热膨胀生成蠕虫状的膨胀石墨覆盖在正负极材料表面，防止剧烈的燃烧发生，增强了电池的安全性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种改性聚酰亚胺薄膜集流体的制备方法，包括以下步骤：

a、将二元酸酐和二元胺单体缩合聚合制备得到聚酰胺酸溶液；

b、将石墨插层化合物加入所述聚酰胺酸溶液中，充分混合；

c、将步骤b中充分混合后的聚酰胺酸溶液浇铸成膜后烘干、亚胺化制得改性聚酰胺亚胺薄膜集流体。