[发明专利]一种聚酰亚胺/聚醚酰亚胺复合膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种聚酰亚胺纳米纤维/聚醚酰亚胺复合膜及其制备方法。所述的制备方法如下:以二胺和二酐为单体合成聚酰胺酸(PAA)作为纺丝溶液；将PAA溶液进行静电纺丝然后高温环化得到PI纳米纤维膜；将配制好的聚醚酰亚胺(PEI)溶液均匀涂覆在PI纳米纤维膜表面，因相分离形成多孔结构，得到PI/PEI复合多孔膜。本发明方法实施简便，成本低，且PEI的引入，极大提高了纤维膜的机械强度。同时，复合膜阻燃性大幅提升，在高温下还会出现热闭孔现象，保证了电池高温下的使用安全。PI/PEI复合膜在新型锂离子电池隔膜领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺纳米纤维膜技术领域，涉及一种聚酰亚胺/聚醚酰亚胺复合膜及其制备方法。

背景技术

近年来，新能源汽车等大功率电气设备的迅速普及，高安全性的锂离子电池已成为研究热点。隔膜，被称为“第三电极”，在电池的制造中起着关键作用。目前的主要商业隔膜为聚烯烃隔膜。然而，由于聚烯烃的低熔点和较差的热稳定性，这使得电池在高温下工作非常危险，甚至发生爆炸。另外，这种隔膜是非极性材料，与极性电解质的润湿性很差，导致电池离子传导率低，从而降低了电池的整体性能。积极开发具有耐高温，高渗透性和高安全性的新一代电池隔膜，以满足未来大功率锂离子电池的发展需求具有重要意义。

聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜因其出色的热稳定性和高孔隙率而被认为是锂离子电池隔膜的杰出候选材料。然而，由于纳米纤维在膜中的松散堆积特征，它们之间缺乏强相互作用，导致膜的机械性能不足，并且纤维膜的孔径较大，在电池的长期运行过程中，可能会发生自放电甚至短路等潜在风险。为了改善纤维膜性能，专利202010713486.9将聚酰胺酸溶液涂布在聚酰亚胺纳米纤维膜上，得到复合膜，再将所述复合膜浸入化学亚胺化试剂中，得到化学亚胺化后的全聚酰亚胺复合隔膜；将所述全聚酰亚胺复合隔膜进行热处理，使造孔剂分解，得到双结构聚酰亚胺复合电池隔膜，这种方法得到的隔膜虽然性能较好，但是工序复杂，成本较高。因此，设计开发一种高性能并可应用简单工序大量制备的PI隔膜对提高锂离子电池安全性意义重大。

相转化法是目前制备多孔膜的常用方法，其利用均相溶液与环境中的溶剂、非溶剂进行传质交换，其热力学状态发生变化，由稳定状态变为非稳定态发生相分离，最终固化成膜。本发明提出将多孔PEI层与PI纳米纤维复合制备高性能PI复合膜的方法。通过静电纺丝制备PI纳米纤维膜，然后通过在该纤维膜上涂覆PEI构建一层多孔PEI膜。在膜形成过程中，PEI由于相分离而呈现出海绵状的多孔膜形态，并且可以通过改变PEI的固含量来控制膜的形态和性能。此外，一部分PEI渗透到PI纳米纤维膜中，膜的两层相互交织，形成紧密结合的体系结构。由于引入了PEI多孔膜，与PI纳米纤维膜相比，复合膜的机械强度大大提高。而且，复合膜保持了耐高温性和高渗透性，并且纳米纤维膜的孔隙率仅略微降低。高温下加热测试PEI层表现出热闭孔功能，该功能被认为对于防止锂离子电池在某些危险条件下的短路和热失控具有很高的价值。

发明内容

本发明的目的在于通过静电纺丝法制备聚酰亚胺纳米纤维膜，然后通过在纳米纤维膜表面涂覆聚醚酰亚胺的方法制备聚酰亚胺/聚醚酰亚胺复合膜。聚酰亚胺/聚醚酰亚胺复合膜具有机械强度高、耐高温、化学稳定性好和热闭孔等特点，并提高了复合膜的阻燃性。

一种聚酰亚胺/聚醚酰亚胺复合膜，其特征在于，所述的聚酰亚胺/聚醚酰亚胺复合膜包含聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜和在PI纳米纤维膜上涂覆的聚醚酰亚胺(PEI)层构成。

进一步地，所述聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜中聚酰亚胺纳米纤维直径为40nm-3μm，优选50nm-2μm，纤维膜厚度在1～40μm，优选2～30μm。

进一步地，所述聚醚酰亚胺微孔直径0.2-15μm，优选0.3-10μm。

所述聚酰亚胺/聚醚酰亚胺复合膜的厚度为3～80μm，优选4～60μm。

一种聚酰亚胺/聚醚酰亚胺复合膜的制备方法，其具体步骤如下：