[发明专利]一种柔性线型耐高温聚酰亚胺气凝胶电池隔膜、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种柔性线型耐高温聚酰亚胺气凝胶电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：A)将二胺单体、二酐单体在有机溶剂中混合，得到聚酰胺酸溶液；B)将所述聚酰胺酸溶液中加入双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺交联剂，进行化学交联，然后加入脱水剂和催化剂，得到聚酰亚胺溶液；C)将所述聚酰亚胺溶液涂覆至基材表面，得到聚酰亚胺湿凝胶薄膜，然后进行老化；D)将老化后的薄膜置于有机溶剂中进行溶剂交换，然后进行超临界流体干燥，得到聚酰亚胺气凝胶电池隔膜。本发明还提供了一种柔性线型耐高温聚酰亚胺气凝胶电池隔膜和一种锂离子电池。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种柔性线型耐高温聚酰亚胺气凝胶电池隔膜、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子可充电电池在移动电子设备、电动车辆和电能存储领域取得了巨大成功。在锂离子电池造福人类的同时，它同样存在着潜在的危险，时常发生的锂离子电池的燃烧和爆炸事故给人们的生命和财产安全带来了很大的威胁。隔膜在锂电池中起着关键作用，其作为电极之间的电子隔离阻碍物，以避免内部短路并极大地影响电池的安全性和电化学性能。大多数使用的隔膜是聚烯烃基隔膜，包括聚丙烯和聚乙烯，它们具有高可燃性和低热稳定性。由于传统聚烯烃类隔膜容易热收缩、隔膜的尺寸急剧减小，从而导致内部短路，这将瞬间释放大量的热量甚至直接导致锂电池爆炸。因此，开发能够满足锂电池的所有要求且具有高安全性和高电化学性能的先进隔膜是必要且迫切的。

聚酰亚胺(Polyimide,简称PI)，是热稳定性能和机械性能较好的有机高分子材料。其耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃。目前，有文献报道应用于电池隔膜的聚酰亚胺纤维膜。例如，专利CN109473605A中公开了一种聚酰亚胺多孔隔膜的制备方法。该方法使用热不稳定聚合物为致孔剂，先将热不稳定聚合物与聚酰胺酸(PAA)在溶剂中反应形成共聚物，铺成聚合物薄膜，再在高温下热解除去热不稳定链段，并使聚酰胺酸亚酰胺化，得到聚酰亚胺多孔隔膜。目前已报道的聚酰亚胺膜的制备工艺中，均采用热亚胺化方法，需要采用造孔剂或纺丝过程中制造孔隙，孔隙率有限。

发明内容

本发明提供了一种柔性线型耐高温聚酰亚胺气凝胶电池隔膜、其制备方法及锂离子电池，本发明中制备得到的聚酰亚胺气凝胶薄膜纳米级孔隙结构，孔隙率高，热稳定性好，且具有优异的力学性能。

本发明提供一种柔性线型耐高温聚酰亚胺气凝胶电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

A)将二胺单体、二酐单体在有机溶剂中混合，得到聚酰胺酸溶液；

B)将所述聚酰胺酸溶液中加入双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺交联剂，进行化学交联，然后加入脱水剂和催化剂，得到聚酰亚胺溶液；

C)将所述聚酰亚胺溶液涂覆至基材表面，得到聚酰亚胺湿凝胶薄膜，然后进行老化；

D)将老化后的薄膜置于有机溶剂中进行溶剂交换，然后进行超临界流体干燥，得到聚酰亚胺气凝胶电池隔膜。

优选的，所述双(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺交联剂与二胺单体的摩尔比为1：(30～60)。

优选的，所述聚酰亚胺溶液的固含量为5％～15％。

优选的，所述步骤C)中的基材为玻璃板、PP板、石英玻璃板或聚四氟乙烯板。

优选的，所述步骤C)中，聚酰亚胺溶液涂覆至基材表面，凝胶5～10min，得到聚酰亚胺湿凝胶薄膜，然后进行老化。

优选的，所述老化的温度为25～30℃，所述老化的时间为20～30小时。

优选的，所述超临界流体干燥的温度为50～65℃，压力为9～13MPa，超临界流体干燥的时间为2～3天。

如上文所述的制备方法制得的柔性线型耐高温聚酰亚胺气凝胶电池隔膜。