[发明专利]一种聚苯并咪唑微孔膜及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种聚苯并咪唑微孔膜及其制备方法与应用。

背景技术

电池隔膜是不参与电化学反应的非活性物质，是锂离子电池的重要部件，为锂离子迁移提供路径，同时将正极和负极进行物理分隔。与电极和电解液一样，锂离子电池隔膜在决定电池性能和安全性方面发挥着重要的作用。目前最常用的商业化的隔膜材料是聚烯烃，如聚乙烯PE和聚丙烯PP，这些材料有诸多优点，比如机械性能好，化学稳定性好，成本低。商业化的隔膜一般孔隙率为30％～50％，闭孔温度低(PE：～135℃，PP：～165℃)。目前商业化隔膜材料在高温下会产生极大的收缩，从而引发电池内部短路，因此，大大限制了锂离子电池的使用温度，此外聚烯烃的隔膜由于其极性低，对电解液的亲和性差，因此对电解液的吸液率也不高，这在一定程度上也限制了其电导率的提高。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种聚苯并咪唑微孔膜及其制备方法与应用。聚苯并咪唑具有出色的机械性能、介电性能、优异的耐高温性能、阻燃性及良好的纤维和成膜性能。同时，聚苯并咪唑还是一种在高温和低温的应用场合同样适用的极具潜力的工程塑料，在极端温度下仍然具有极好的的耐磨损性能和荷载能力。

本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种聚苯并咪唑微孔膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、将聚苯并咪唑与造孔剂溶解在有机溶剂中形成溶液；

步骤2、将溶液浇铸成共混膜；

步骤3、用洗脱剂溶解共混膜中的造孔剂，得到聚苯并咪唑微孔膜。

进一步地，聚苯并咪唑的化学结构式如下：

其中Ar₁选自：

X为-O-,

其中Ar₂为：

Y为

n的范围为10-10⁷。

进一步地，造孔剂选自聚乙二醇、聚氧化乙烯和聚氧化丙烯中的一种或多种。

进一步地，聚乙二醇、聚氧化乙烯和聚氧化丙烯的数均分子量范围为10²-10⁷。

进一步地，聚苯并咪唑与造孔剂的质量比范围为1:0.1-1:20。

更进一步地，聚苯并咪唑与造孔剂的质量比为1:5。

进一步地，上述有机溶剂包括二甲基亚砜、N,N-二甲基乙酰胺或甲磺酸。

进一步地，上述洗脱剂选自水、甲醇、乙醇、正丁醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、苯甲醚和四氢呋喃中的一种或几种。

本发明还提供了一种聚苯并咪唑微孔膜，根据上述制备方法制得。

本发明还提供了上述聚苯并咪唑微孔膜在锂离子电池中作为隔膜的应用。

本发明还提供了上述聚苯并咪唑微孔膜在燃料电池中的应用。

本发明中所制备的聚苯并咪唑微孔膜耐热性极好，在200℃下基本没有尺寸变化，对电解液的亲和性好，对电解液的吸液率高，孔隙率高达80％，电导率也高，相同温度和电解液下可以达到Celgard2400的两倍，而且具有足够的机械强度，可望在电池领域有重要的应用。

以下将结合附图对本发明作进一步说明，以充分说明本发明的目的、技术特征和技术效果。

附图说明

图1是本发明较优实施例中的聚苯并咪唑的H¹-NMR图谱，所用的溶剂为氘代二甲基亚砜；

图2是本发明较优实施例中的聚苯并咪唑微孔膜的扫描电镜(SEM)照片，使用PEG350作为造孔剂，其中聚苯并咪唑与PEG350质量比为1:5；

图3是本发明较优实施例中的聚苯并咪唑微孔膜的拉伸测试曲线，使用PEG350作为造孔剂，其中聚苯并咪唑与PEG350质量比为1:5；

图4是本发明较优实施例中的聚苯并咪唑微孔膜的扫描电镜(SEM)照片，使用PEG550作为造孔剂，其中聚苯并咪唑与PEG550质量比为1:5；

图5是本发明较优实施例中的聚苯并咪唑微孔膜的拉伸测试曲线，使用PEG550作为造孔剂，其中聚苯并咪唑与PEG550质量比为1:5；

图6是本发明较优实施例中的聚苯并咪唑微孔膜(上)与Celgard2400(商业化的锂离子电池隔膜，下)的热收缩对比图。

具体实施方式