[发明专利]一种聚酰亚胺复合隔膜及其制备方法和钠离子电池

说明书

本发明提供一种聚酰亚胺复合隔膜及其制备方法和钠离子电池。所述聚酰亚胺复合隔膜包括聚酰亚胺基膜、涂覆在所述聚酰亚胺基膜一侧的陶瓷涂层以及涂覆在所述聚酰亚胺基膜另一侧的聚合物涂层；所述聚合物涂层中的聚合物的熔点为100‑123℃。本发明提供的聚酰亚胺复合隔膜能够实现低温热封孔效果，防止温度继续升高导致电池热失控以及短路的发生，进而改善钠离子电池的循环寿命和安全性能。

技术领域

本发明属于隔膜材料技术领域，具体涉及一种聚酰亚胺复合隔膜及其制备方法和钠离子电池。

背景技术

钠离子电池隔膜作为钠离子电池的关键部件之一，其主要功能为隔绝正负极材料并阻止电子穿越，同时允许在充放电过程中离子在正负极材料之间快速传输。随着高性能钠离子电池大量应用于储能设备，高性能和高安全性隔膜逐渐成为目前主要研究热点之一。隔膜的性能直接影响钠离子电池的内阻、放电容量以及循环使用寿命等重要参数，钠离子电池隔膜力学性能、电学性能及安全性能的改善，不仅有利于防止钠离子电池发生短路及热失控现象，还可以显著提高钠离子电池的倍率性能和循环性能。

目前，商业化聚烯烃隔膜和涂覆隔膜存在耐热性差、抗刺穿性能差、容易生成锂枝晶和热失控问题，最终造成正负极材料刺破隔膜直接接触引发短路。因此，亟需开发一种低于湿法聚乙烯(PE)隔膜热闭孔温度(130℃)的热闭孔复合隔膜，改善钠离子电池的安全寿命并防止钠离子电池发生热失控和短路事故。因此，具有良好的耐高温、安全性能和电化学性能的热闭孔涂覆膜成为未来钠离子电池发展的主要趋势。

对于上述问题，首先，CN109148789A公开了一种多孔复合隔膜，即在隔膜基体表面涂覆复合至少一层热敏感涂层。与现有技术相比，其通过在隔膜表面涂覆含有热膨胀微球的热敏感涂层，防止电池发生热失控现象，显著提高了锂离子电池的安全性能。其次，CN109817867A公开了一种热敏性涂层材料、热敏性隔膜及其制备方法与应用。热敏性涂层材料包括聚合物粘结剂、无机金属氧化物、分散剂和热膨胀聚合物微球。由该热敏性涂层材料制备得到的热敏性隔膜使电池在过充过程中具有良好的安全性能和结构稳定性。最后，CN111785893A公开了一种低闭孔温度的涂覆聚丙烯隔膜，其具有较低的闭孔温度和较高的破膜温度，能够有效防止锂离子电池发生热失控，显著提高锂离子电池的安全性能。

但是，上述现有技术中的热敏性涂覆隔膜由于其厚度太厚、透气性、保液能力和耐热收缩率相对较低，难以应用在制备轻量化钠离子电池中，同时无法进一步优化其电化学性能、倍率性能以及循环稳定性。因此，需要开发出一种综合性能优异的热闭孔涂覆隔膜来改善钠离子电池的整体性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种聚酰亚胺复合隔膜及其制备方法和钠离子电池。本发明提供的聚酰亚胺复合隔膜能够实现低温热封孔效果，防止温度继续升高导致电池热失控以及短路的发生，进而改善钠离子电池的循环寿命和安全性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种聚酰亚胺复合隔膜，所述聚酰亚胺复合隔膜包括聚酰亚胺基膜、涂覆在所述聚酰亚胺基膜一侧的陶瓷涂层以及涂覆在所述聚酰亚胺基膜另一侧的聚合物涂层；

所述聚合物涂层中的聚合物的熔点为100-123℃。

本发明通过在聚酰亚胺基膜两侧分别涂覆陶瓷涂层和含有低熔点聚合物的聚合物涂层，在温度升高至热闭孔材料熔点时，其发生熔化坍塌形成钠离子传输阻断层，防止钠离子通过，进而中断电池反应，防止温度继续升高导致电池热失控以及短路的发生，进而改善钠离子电池的循环寿命和安全性能。此外，陶瓷涂层的加入也能够提高聚酰亚胺复合隔膜的耐热性能和机械强度，综合改善了隔膜的安全性能和机械性能。

在本发明中，所述聚合物涂层中的聚合物的熔点为100-123℃，例如可以为100℃、102℃、105℃、107℃、110℃、112℃、115℃、117℃、120℃、123℃。