[发明专利]一种芳香族聚酰胺多孔膜、制备方法及锂二次电池

说明书

本发明提供一种芳香族聚酰胺多孔膜，所述芳香族聚酰胺多孔膜的内部结构均一；其整体为三维网络状多孔结构；所述孔的尺寸为微米级。本发明所述的芳香族聚酰胺多孔膜，具有良好的热稳定性，尤其适合高能量密度锂离子动力电池，大大提高电池的热失控温度。

技术领域

本发明涉及一种芳香族聚酰胺多孔膜、制备方法及锂二次电池。

背景技术

锂离子电池由正、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳组成。隔膜作为电池的“第三极”，是锂离子电池中的关键内层组件之一。隔膜吸收电解液后，可隔离正、负极，以防止短路，同时允许锂离子的传导。在过度充电或者温度升高时，隔膜通过闭孔来阻隔电流传导，防止爆炸。因此，隔膜性能的优势决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能及充放电电流密度等关键特性，性能优异的隔膜对提高电池及动力电池的综合性能有重要作用。

动力锂离子电池需要提供更高的电压、更大的功率以及更多的电量。所以，对隔膜提出了更高的要求。首先，动力电池隔膜应具有耐热性能更高、闭孔破膜窗口更大及安全性能更好的特点。第二，动力电池隔膜的均一性要求更高，包括隔膜的厚度、透气、孔径分布等性能的均一性。第三，动力电池隔膜需要在保证电池安全的情况下，具有更大的透气性能。第四，动力电池隔膜需要更好的耐电化学氧化性能。第五，动力电池隔膜需要更好的吸电解液的性能。目前市场上绝大多数的锂离子电池隔膜是聚烯烃隔膜，其耐热性能、吸电解液能力以及耐电化学氧化性能均较差，无法满足动力锂离子电池的需求。为此，隔膜厂家开始对隔膜进行升级换代的开发与研究，主要针对现有隔膜进行改性及开发新型隔膜。

本发明研究人员致力于开发一种耐高温多孔膜，提高锂离子动力电池的安全性。芳香族聚酰胺类聚合物(PPTA、PMIA、PBA、PSA)具有高耐热性，其玻璃化温度在300℃以上，热分解温度高达560℃，此外还有高绝缘性和耐化学腐蚀性，很适合用作锂离子电池隔膜。目前，国内已有研究机构将芳纶应用于锂离子电池隔膜，如CN103242556A和CN202384420U中公开将芳香族聚酰胺类聚合物纤维涂覆到聚烯烃隔膜表面。然而，这些方法由于受限于聚烯烃基材，隔膜使用温度不宜太高，限制了隔膜的应用范围。

所以，要体现芳香族聚酰胺类聚合物材料在锂电池领域的优越性，需要制备以芳香族聚酰胺聚合物为基材且达到电池应用要求的多孔膜。目前，多孔膜通常采用非溶剂相转化法(NIPS)制备。溶剂相转化法中隔膜是在溶剂体系为连续相的聚合物溶液转变为连续相的三维大分子网络凝胶过程中制备而形成的，然而芳香族聚酰胺类聚合物分子取向度高，具有非常高的结晶度，极易形成致密皮层结构，导致多孔膜透气性差，在电池应用中使电池内阻增加。US20080113177公开了通过添加防止芳纶树脂凝聚的相分离控制剂，将浆料流延到支撑体上，可以形成芳香族聚酰胺多孔膜，但是该方案同时存在弊端：支持体与流延制膜液的气氛温度需要降温至0℃以下，增加能耗，同时还要考虑制膜液与流延环境温度差；需严格控制制膜液与湿式浴温度差；需要在制膜液中加入聚合物不良溶剂及致孔剂，为后续溶剂回收处理增加成本；在支持体上将制膜液中聚合物析出，即使控制环境湿度和温度液很难控制表层结构，无法得到表层结构对称的多孔膜。

发明内容

本发明提供一种芳香族聚酰胺多孔膜，所述芳香族聚酰胺多孔膜的内部结构均一(从本发明附图6可知多孔膜的截面显示内部结构均一)；其为三维网络状多孔结构；所述孔的尺寸为微米级。本发明所述的芳香族聚酰胺多孔膜的三维网络状多孔结构从内部到表面连通，为一个整体。本发明多孔膜两个表面具有几乎相同的结构包括孔隙率和孔径。

作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.4～1.0um。所述多孔膜表面的平均孔径是指多孔膜两个表面中任意一个的平均孔径均在此范围。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.5～0.9um。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.6～0.9um。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.5～0.8um。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.6～0.8um。