[发明专利]一种新型含氟聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于纳米纤维膜技术领域，特别涉及一种新型含氟聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池出现在20世纪80年代末，广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子产品，且市场需求正以惊人的速度增长。同时，各国正在争先恐后的发展电动汽车行业，动力电池的研发工作如火如荼。凭借其优异的综合性能，锂离子电池成为电动汽车行业首选的高能动力电池之一，此外，锂离子电池在太空技术、国防工业等多方面也具有广阔的应用前景。

通常的锂离子电池由正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳包装材料五部分组成，其中隔膜是锂离子电池的重要组成部分，它在电池中起着防止正、负电极短路的作用，同时在充放电过程中提供离子运输电通道。隔膜的性能优异与否对电池的综合性能具有十分重大的影响。

目前锂离子电池隔膜材料多为聚烯烃类材料，如聚乙烯，聚丙烯等，其制备方法多采用将聚烯烃类材料熔融挤出，使其成为半结晶聚合物薄膜，然后对薄膜进行单轴或双轴拉伸，使薄膜表面形成微孔，从而制得电池隔膜。锂离子电池的安全对策之一是使电流遮断，其中电池隔膜起到重要的作用，具有多孔结构的聚合物的隔膜在较高温度下发生熔化，从而导致多孔结构的关闭，阻抗迅速增加而使电流遮断，该温度成为遮断温度，又称自闭温度。此外，隔膜的孔关闭后，如果电池温度继续升高，超过隔膜的耐热温度时，隔膜会发生熔化，导致正极、负极直接接触而短路，此温度成为膜破坏温度。现在常用的电池隔膜如聚乙烯、聚丙烯，由于熔化温度低于200℃，在某些情况下，如外部温度过高，放电电流过大或者电解液受热过程中的热惯性的情况下，即使电流被遮断，电流的温度也有可能继续升高，因此隔膜可能完全被破坏而导致电池短路，从而导致电池爆炸或着火。所以，采用PE和PP隔膜的安全性较低。

高容量和高功率电池内部热量增大和温度升高的因素很多，因此提高电池的耐高温性能显得尤为重要。采用PE隔膜和PP隔膜的安全性能已经不能满足这种需要，因而需要耐热性更好的高分子隔膜材料。专利200610000611.1公开了一种聚酰亚胺基隔膜的制备方法，该方法采用聚己内酯、环氧丙烷、聚甲基苯乙烯和聚苯乙烯为成孔剂制备多孔的耐高温隔膜。专利200810210165.6公开了一种拉伸的聚酰亚胺基隔膜的制备方法，该方法采用碱土金属元素的氢氧化物、氢氧化铝、碱金属的磷酸盐为成孔剂，凝固液为盐酸、硫酸、水溶液或磷酸水溶液等，将形成的聚酰胺酸膜拉伸并亚胺后得到拉伸的聚酰亚胺基隔膜。上述专利均有成孔率低（40～50%）的缺点，不能很好的满足锂离子电池快速充放电的趋势和要求。

静电纺丝技术是一种能够直接、连续制备聚合物纳米纤维的方法。利用高压静电场使聚合物溶液或熔体带电并发生形变，在喷头末端射出并拉伸形成聚合物纤维，其直径分布在几纳米至几微米之间，由这些纤维构成的膜材料具有三维立体空间结构。它不但具备纳米颗粒的尺寸小、比表面积高等优点，同时还具有机械稳定性好、纤维膜孔径小、孔隙率高等特性。电纺纤维隔膜的这些优点使其成为制备锂离子电池隔膜的理想高效的方法之一。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种新型含氟聚酰亚胺纳米纤维膜。

本发明的另一目的在于提供所述的新型含氟聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述的新型含氟聚酰亚胺纳米纤维膜的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种新型含氟聚酰亚胺纳米纤维膜，其结构通式如下：

所述的R₁为中的一种，

优选为中的一种；

所述的R₂为中的一种；

所述的R₂优选为

所述的n为50～10000，优选为8或10；

所述的新型含氟聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法，是将三氟甲基基团引入聚酰亚胺结构中，再通过静电纺丝法对其纺丝，进而形成纳米纤维膜，具体包括如下步骤：将含三氟甲基基团的聚酰亚胺溶解于N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）中，配制成5～25wt%的纺丝原液；将纺丝原液置于静电纺丝装置的推进器中，施加电压进行静电纺丝，收集纳米纤维并进行干燥，得到含氟聚酰亚胺纳米纤维膜；

所述的静电纺丝优选在15～30℃、相对湿度50～90%rh下进行静电纺丝；

所述的电压优选为10～30KV的电压；

所述的推进器的速度优选为1～1.8mm/min，推进的距离优选为15～35cm；