[发明专利]一种耐高温聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚芳砜酰胺基纳米纤维膜。

本发明还涉及上述聚芳砜酰胺基纳米纤维膜的制备方法。

本发明还涉及上述聚芳砜酰胺基纳米纤维膜在锂离子电池中的应用。

背景技术

锂离子电池具有高比能量，可快速充放电，无记忆效应，循环寿命长又具有安全可靠，工作温度范围广等优点，因而在便携式电子设备和电动汽车领域得到了极大的关注与发展。锂离子电池主要由正极材料，负极材料和隔膜三部分组成。隔膜成本约占电池总成本的20％，是锂离子电池的重要组成部分。隔膜起着隔绝电池阴阳极，不使电池短路，吸收电解液，使得锂离子快速通过的作用。其性能的好坏决定了电池的界面性能与内阻，直接影响到电池的倍率性能与循环性能。因而好的电池隔膜对提高电池的综合性能至关重要。

随着锂离子电池在高能量高功率方面的广泛应用，对电池隔膜的性能要求也变得越来越苛刻。传统聚烯烃锂离子电池隔膜(如聚乙烯，聚丙烯)，其熔融温度较低，使得锂离子电池在温度稍高时，电池内部的聚烯烃隔膜受热收缩进而引发电池短路，内部热量瞬间增加，从而导致电池爆炸和燃烧，直接危害人们的生命安全。例如，深圳比亚迪事件发生的原因是电动车发生碰撞时，电池正负极材料冲破隔膜，刹车时能量快速回充至电池时，瞬间的超高电流会导致电池发生短路，电解液在高温下被电解，产生气体，内部压力升高，最终导致起火燃烧甚至爆炸。车用动力锂离子电池和大容量锂离子电池对隔膜材料提出了很高的要求，如较强的吸液性能，良好的热稳定性能，均匀的孔隙率，厚度的均一性等。低熔点商业化聚烯烃隔膜在80-150℃会出现软化现象，已经难以满足高能量高功率电池隔膜的需要，因此开发新型耐高温阻燃性能优异的电池隔膜材料变得极其重要。

聚芳砜酰胺是由对苯二甲酰氯与二氨基间苯二酚聚合得到一类聚合物。玻璃化转变温度为288℃，连续使用温度为260℃，热变形温度为274℃。聚芳砜酰胺具有优异的耐化学腐蚀性，电化学稳定性，电绝缘性，阻燃性能和耐高温性能等优点，其主要应用在高温过滤材料、特种防护服，电绝缘材料和耐高温工程塑料等方面。采用聚芳砜酰胺基纤维膜作为锂离子电池隔膜材料至今还没有报道。纳米纤维膜是锂离子电池隔膜的一个重要发展方向，它具有比表面积大，电解液吸收均匀，孔隙率高等优点，因而得到了各国锂电隔膜科研人员的广泛关注。基于这一点，本发明采用耐高温聚芳砜酰胺基材料，结合先进的静电纺丝工艺，制备出高性能的聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜材料，使得锂离子电池具有更好的安全性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温聚芳砜酰胺基纳米纤维膜，提高现有电池隔膜的各项性能。

本发明的又一目的在于提供制备上述聚芳砜酰胺基纳米纤维膜的方法。

为实现上述目的，本发明提供的聚芳砜酰胺基纳米纤维膜，由直径为30-800nm的聚芳砜酰胺纳米纤维或复合纤维构成，膜厚度为15-80μm，膜透气率为3-100s；膜上下表面及内部孔分布对称而均匀，平均孔径为50-800nm；孔隙率为70％-90％，拉伸强度为10-50MPa。

所述的制备方法是采用静电纺丝对聚芳砜酰胺溶液进行纺丝，然后经辊压机压实后，得到聚芳砜酰胺基纳米纤维膜的方法。

其中聚芳砜酰胺溶液的质量百分数为5-40％，溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜之中的一种。

其中所述的静电纺丝的方法是：静电纺丝的纺丝针头内径为0.2-3.0mm，电压为1kV-40kV，针头与接受电极的距离为5-25cm，纺丝液流量为0.05-5mL/h。

其中所述的制备方法中，常温下机械辊压的强度为2-15MPa，停留时间在1-30min。

本发明还提供一种制备耐高温聚砜酰胺复合膜的方法，其特征在于利用同轴静电纺丝工艺制备聚砜酰胺/高分子同轴复合膜，用作同轴静电纺丝的高分子包括：含氟聚合物，聚芳醚酮，聚酰亚胺，聚甲基丙烯酸甲酯等，或利用静电纺丝工艺制备聚砜酰胺/无机纳米粒子复合隔膜。

其中，含氟聚合物，聚芳醚酮，聚酰亚胺，聚甲基丙烯酸甲酯为5-30％的溶液，溶剂为丙酮，四氢呋喃，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺之中的一种或两种；

其中，无机纳米粒子包括但不限于纳米二氧化硅，二氧化锆，三氧化铝或偏铝酸锂等无机纳米粒子，无机纳米粒子与聚砜酰胺质量百分比为0.1％-10％。