[发明专利]一种改性聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种改性聚酰亚胺纳米纤维膜。所述纳米纤维膜由质量百分比分别为0.01%‑0.5%的磺化氧化石墨烯、5%‑20%的改性聚酰亚胺、余量为有机溶剂组成的溶液通过纺丝而成。所述纳米纤维膜具有较高的孔隙率且孔径分布均匀，具有良好的高温稳定性和电化学稳定性。另一方面，所述纳米纤维膜具有良好的吸液性和浸润性，能与电解液充分接触；同时，所述纳米纤维膜具有离子电导率高、界面接触电阻低的特点，因此可以将其作为隔膜应用于锂离子电池的制备中，改善锂离子电池的循环性能，有效提高电池的使用安全性。

技术领域

本发明属于纳米纤维膜制备领域，具体涉及一种改性聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备和应用。

背景技术

近年来，全球电动车的产量增长迅速，麦肯锡的研究报告显示，中国正在加快电动车的推进步伐，该报告称，2017年全球电动车产量为87万辆，中国电动车产量的占比为43%，作为电动车的核心动力元件，动力电池行业已成为备受关注的朝阳行业。自2012年以来，电动汽车产品技术不断突破和成熟，电动汽车的充电速度、续航能力、动力输出均有大幅度提升，但是，电动汽车在使用过程中却频发安全事故。2018年上半年国内外发生的电动汽车起火事件达十余起，带来了严重的损失。因此，提升动力电池的安全性能，消除电动汽车存在的安全隐患，对促进电动汽车产业的健康发展具有重要意义。

在动力电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，其主要作用是将正负极活性材料物质分隔开，防止两极因接触而短路，同时在电化学反应过程中形成离子移动的通道。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的倍率性能、循环性能以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。目前常用的隔膜多为聚烯烃基多孔膜，聚烯烃基多孔膜便宜易得，能够在合理的成本范围内提供良好的机械性能和化学稳定性，提高锂离子电池的性能。但是，该多孔膜存在电解液易泄露、耐热性能不足、孔隙率低且孔隙率均一性难以控制等缺点，在发生碰撞、过充或其他因素导致电池热失控时，隔膜会发生收缩或者熔融，导致正负极直接接触，使得电池短路，严重情况下会导致电池起火等意外事件的发生。

聚酰亚胺性能优越，比如良好的耐高/低温性能、拉伸强度高、线性膨胀系数小、热收缩率低，以及优良的抗辐射性能等，是一种广泛使用的高分子材料。研究者通常会先对聚酰亚胺进行改性，以提高聚酰亚胺自身的性能，进而提高聚酰亚胺的使用性能。公开号为CN107082996A名为《氧化石墨烯交联聚酰亚胺半互穿网络型复合膜及其制备》的发明专利，在聚酰亚胺聚合物主链上引入氨基端基，然后与全氟磺酸树脂的溶液共混，再使用氧化石墨烯作为交联剂使其与聚酰亚胺交联，可以显著提高全氟磺酸膜的力学性能并仍具有较高的质子传导率，能够作为聚合物电解质膜应用于燃料电池中。公开号为CN105061763A名为《添加磺化石墨烯的高导热高阻隔聚酰亚胺膜及其制备方法》的发明专利，制备了一种改性聚酰亚胺膜，该改性聚酰亚胺膜各个部位的导热性能和力学性能基本一致，且对气体具有良好的阻隔性，适于规模化生产。公开号为CN103613927A名为《一种聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜及其制备方法》使用聚酰胺酸为基体，单层的氟化石墨烯为增强体，采用溶液共混法获得含有氟化石墨烯的溶胶，通过流延成膜、静置、消泡最后热亚胺化，获得聚酰亚胺/氟化石墨烯复合薄膜，改善聚酰亚胺的性能。

综上所述，聚酰亚胺具有很好的可改性特性，可以通过适当的改性方法赋予聚酰亚胺更好的性能，提高其透气性、绝缘性、电化学稳定性、热稳定性，然后将其作为隔膜材料制备锂离子电池将能够改善电池的循环性能，提高电池在使用过程中的安全性。

发明内容