[发明专利]一种锂离子电池正负极隔膜用改性对位芳纶聚合物原液的生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池和高分子材料生产技术领域，具体涉及一种锂离子电池用正负极隔膜改性对位芳纶聚合物原液的生产方法。

背景技术

作为一种清洁的二次能源，锂离子电池因具有电压高、能量大、无记忆效应、可快速充放电等优点，在便携式电子产品、电动汽车以及储能系统等领域中应用广泛，是目前能源领域的研究热点。锂离子电池主要由正负极、隔膜、电解液组成。其中隔膜处在正负极材料之间，因该薄膜具有大量曲折贯通的微孔，保证电解质离子自由通过形成充放电回路，当电池过度充电或温度升高时，隔膜通过闭孔功能将电池的正负极分开，防止短路。从而达到阻隔电流传导、防止电池过热甚至爆炸的作用。隔膜的性能决定电池的内阻和内部界面结构，进而影响电池的容量、充放电性能、循环性能和安全性能等，因此隔膜的品质对锂离子电池的综合性能有着重要影响。

目前，商品化锂离子电池隔膜主要是聚烯烃类微孔膜，如美国Celgard公司、日本旭化成公司等生产的聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯-聚丙烯复合膜等。聚烯烃微孔隔膜具有很好的电化学稳定性能和适宜的机械强度等优势，但也存在诸多缺点：(1)电解液浸润性能不好，保液能力差，限制了电池的离子电导率；(2)隔膜热稳定性能差，在温度高于120℃时会出现显著的尺寸收缩，易导致电池内部发生短路。这些不足在一定程度上限制了锂离子电池的实际使用。因此，开发一种能够制得离子电导率高、耐热收缩性能好和安全性能高的锂离子电池用隔膜聚合物显得尤为重要。

对于芳纶而言，间位芳纶聚合物因溶于电解液而不易作为锂离子电池隔膜材料；而对位芳纶聚合物因具有耐溶剂、耐热等优异的理化性质而成为制作锂离子电池隔膜优先考虑的新材料。但对位芳纶聚合物的生产过程中发生相变，最终产品以固体颗粒形式存在，且仅仅溶于浓硫酸或苯磺酸等极少数强质子酸，无法以流延法进行后期加工，这成为对位芳纶聚合物材料应用于锂离子电池隔膜领域的最大障碍。本专利所述方法通过调变或引入第三单体对对位芳纶聚合物进行共聚改性，在保留对位芳纶聚合物优异理化性质的前提下，使得改性后的对位芳纶聚合物具有良好的流动性，利于加工成膜；且改性后的对位芳纶聚合物合成工艺简单易行。

对位芳纶聚合物：对位芳纶聚合物的生产过程中发生相变。在双螺杆终反应阶段，双螺杆同时作为反应器和挤出设备。在此阶段，预聚液由液相转变为固相颗粒，逐渐从预聚液中析出，最终以固体颗粒形式存在。且该反应为连续反应，对设备要求较高。

改性对位芳纶聚合物：引入第三单体的目的是降低聚合物的结晶度，避免聚合反应过程出现相变。根据该反应特性，采用间歇式反应釜：釜体内衬夹套，因夹套内通入介质的不同而具有升温及冷却的能力；引入压缩氮气对活泼基团进行保护及移送；引入真空管对反应后的原液进行脱泡处理。与改性前的对位芳纶聚合物生产相比，该釜同时作为反应釜及脱泡釜，简化了生产工艺、降低了对设备的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

1)制备溶液：将单体A与单体B加入到反应釜中，泵入溶剂，在氮气保护下加热至30℃～80℃，搅拌至溶解，单体A与单体B的总摩尔浓度为0.30mol/L～0.60mol/L,单体A与单体B的摩尔比为1.00～2.33:1；

2)冷却溶液：将步骤1）所制备的溶液边搅拌边降温至-15℃～10℃；

3)加入单体C：在-15℃～10℃、搅拌条件下，向步骤2)冷却溶液中加入与单体A、单体B之和等摩尔量的单体C；

4)制备锂离子电池用正负极隔膜改性对位芳纶聚合物原液：在-15℃～10℃，搅拌条件下，反应30min～45min，经脱泡、冷却至室温，即得到锂离子电池用正负极隔膜改性对位芳纶聚合物原液；

所述单体A为对苯二胺、邻氯对苯二胺的一种或任意比例的两种；

所述单体B为3,4'-二氨基二苯醚、4,4'-二氨基二苯醚的一种或任意比例的两种；

所述单体C为对苯二甲酰氯；

所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）中的一种或任意比例的两种。

所应用锂离子电池优选为动力锂离子电池。

步骤4）反应温度为-8℃。

发明具有以下有益技术效果：

1）依照本专利所述方法生产的改性对位芳纶聚合物原液，在保留对位芳纶聚合物优异的理化性质的前提下，使得改性后的对位芳纶聚合物具有良好的流动性，利于流延法加工成膜；且改性后的对位芳纶聚合物合成工艺简单易行。