專利名稱：一種新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜及其制備方法與應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米纖維膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜及其制備方法與應用。
背景技術(shù)：
鋰離子電池出現(xiàn)在20世紀80年代末，廣泛應用于手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等便攜式電子產(chǎn)品，且市場需求正以驚人的速度增長。同時，各國正在爭先恐后的發(fā)展電動汽車行業(yè)，動カ電池的研發(fā)工作如火如茶。憑借其優(yōu)異的綜合性能，鋰離子電池成為電動汽車行業(yè)首選的高能動カ電池之一，此外，鋰離子電池在太空技木、國防エ業(yè)等多方面也具有廣闊的應用前景。
通常的鋰離子電池由正極材料、負極材料、電解液、隔膜以及電池外殼包裝材料五部分組成，其中隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，它在電池中起著防止正、負電極短路的作用，同時在充放電過程中提供離子運輸電通道。隔膜的性能優(yōu)異與否對電池的綜合性能具有十分重大的影響。目前鋰離子電池隔膜材料多為聚烯烴類材料，如聚こ烯，聚丙烯等，其制備方法多采用將聚烯烴類材料熔融擠出，使其成為半結(jié)晶聚合物薄膜，然后對薄膜進行單軸或雙軸拉伸，使薄膜表面形成微孔，從而制得電池隔膜。鋰離子電池的安全対策之一是使電流遮斷，其中電池隔膜起到重要的作用，具有多孔結(jié)構(gòu)的聚合物的隔膜在較高溫度下發(fā)生熔化，從而導致多孔結(jié)構(gòu)的關(guān)閉，阻抗迅速増加而使電流遮斷，該溫度成為遮斷溫度，又稱自閉溫度。此外，隔膜的孔關(guān)閉后，如果電池溫度繼續(xù)升高，超過隔膜的耐熱溫度時，隔膜會發(fā)生熔化，導致正極、負極直接接觸而短路，此溫度成為膜破壞溫度?，F(xiàn)在常用的電池隔膜如聚こ烯、聚丙烯，由于熔化溫度低于200°C，在某些情況下，如外部溫度過高，放電電流過大或者電解液受熱過程中的熱慣性的情況下，即使電流被遮斷，電流的溫度也有可能繼續(xù)升高，因此隔膜可能完全被破壞而導致電池短路，從而導致電池爆炸或著火。所以，采用PE和PP隔膜的安全性較低。高容量和高功率電池內(nèi)部熱量增大和溫度升高的因素很多，因此提高電池的耐高溫性能顯得尤為重要。采用PE隔膜和PP隔膜的安全性能已經(jīng)不能滿足這種需要，因而需要耐熱性更好的高分子隔膜材料。專利200610000611.1公開了ー種聚酰亞胺基隔膜的制備方法，該方法采用聚己內(nèi)酷、環(huán)氧丙烷、聚甲基苯こ烯和聚苯こ烯為成孔劑制備多孔的耐高溫隔膜。專利200810210165. 6公開了ー種拉伸的聚酰亞胺基隔膜的制備方法，該方法采用堿土金屬元素的氫氧化物、氫氧化鋁、堿金屬的磷酸鹽為成孔劑，凝固液為鹽酸、硫酸、水溶液或磷酸水溶液等，將形成的聚酰胺酸膜拉伸并亞胺后得到拉伸的聚酰亞胺基隔膜。上述專利均有成孔率低(40 50%)的缺點，不能很好的滿足鋰離子電池快速充放電的趨勢和要求。靜電紡絲技術(shù)是ー種能夠直接、連續(xù)制備聚合物納米纖維的方法。利用高壓靜電場使聚合物溶液或熔體帶電并發(fā)生形變，在噴頭末端射出并拉伸形成聚合物纖維，其直徑分布在幾納米至幾微米之間，由這些纖維構(gòu)成的膜材料具有三維立體空間結(jié)構(gòu)。它不但具備納米顆粒的尺寸小、比表面積高等優(yōu)點，同時還具有機械穩(wěn)定性好、纖維膜孔徑小、孔隙率高等特性。電紡纖維隔膜的這些優(yōu)點使其成為制備鋰離子電池隔膜的理想高效的方法之一 。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供ー種新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜。本發(fā)明的另ー目的在于提供所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的制備方法。本發(fā)明的再一目的在于提供所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的應用。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)ー種新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜，其結(jié)構(gòu)通式如下
權(quán)利要求
1.一種新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜，其特征在于所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜結(jié)構(gòu)通式如下
2.權(quán)利要求1所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的制備方法，其特征在于包括如下步驟將含三氟甲基基團的聚酰亞胺溶解于N，N- 二甲基乙酰胺中，配制成5 25wt%的紡絲原液；將紡絲原液置于靜電紡絲裝置的推進器中，施加電壓進行靜電紡絲，收集納米纖維并進行干燥，得到含氟聚酰亞胺納米纖維膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述的干燥采用以下方式進行先于120 150°C干燥2 4h后再于200 240°C干燥2 4h0
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的制備方法，包括如下步驟 將有機二胺、二元有機酸酐和N，N- 二甲基乙酰胺混合均勻后于-5 25°C進行反應10 24h，得到聚酰胺酸溶液；將聚酰胺酸溶液置于靜電紡絲裝置的推進器中，施加電壓進行靜電紡絲，得到聚酰胺酸納米纖維膜；將聚酰胺酸納米纖維膜于120 150°C真空干燥2 4h，再升溫至200 240°C進行熱亞胺化2 4h，得到聚酰亞胺納米纖維膜； 所述的二元有機酸酐和有機二胺的摩爾比為O. 8 1. 2，所述的二元有機酸酐和有機二胺的質(zhì)量和為反應物總質(zhì)量的15 25wt% ；所述的反應物為有機二胺、二元有機酸酐和N，N- 二甲基乙酰胺。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述的二元有機酸酐為均苯四甲酸酐、3，3’，4，4’ -聯(lián)苯四羧酸二酐、4，4’ -聯(lián)苯醚二酐、3，3’，4，4’ - 二苯甲酮四酸二酐、3，3’，4，4’ - 二苯甲醚四甲酸二酐、3，3’，4，4’ - 二苯基砜四甲酸二酐和4，4’ -六氟異丙基鄰苯二甲酸酐中的一種或至少兩種混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述的有機二胺為2，2’ -雙(二氟甲基)-4，4’ - 二氨基聯(lián)苯、2-二氟甲基-4，4’ - 二氨基二苯醚、5-三氟甲基-4，4’ - 二氨基二苯醚、2，2’ -雙(三氟甲基)_4，4’ - 二氨基苯醚、3，3’ -雙(二氟甲基)-4, 4’ - 二氨基二苯甲燒、4，4’ -(六氟異亞丙基)二苯胺和3，3’ - 二甲基4，4’ -(六氟異亞丙基)二苯胺中的一種或至少兩種混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述的靜電紡絲在15 30°C、相對濕度50 90%rh下進行靜電紡絲；所述的電壓為10 30KV的電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或6所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的制備方法，其特征在于所述的推進器的速度為I 1. 8mm/min,推進的距離為15 35cm。
9.權(quán)利要求1所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜的應用，其特征在于所述的新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜應用于制備鋰離子電池的隔膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型含氟聚酰亞胺納米纖維膜及其制備方法與應用。本發(fā)明將含三氟甲基基團的聚酰亞胺溶解于N,N-二甲基乙酰胺中，配制成5～25wt%的紡絲原液來制備含氟聚酰亞胺納米纖維膜。以含三氟甲基基團的聚酰亞胺制備含氟聚酰亞胺納米纖維膜，很好的解決聚烯烴耐熱性差的缺點；三氟甲基的引入可改善隔膜的電解液浸潤性和保液率，并可使難溶的PI變得可溶，易于后期的成型。制備的納米纖維膜具有比表面積大的優(yōu)點，孔隙率在80%左右，遠高于市面PE、PP隔膜的40～50%，這就使得鋰離子可以更容易的通過隔膜以實現(xiàn)快速充放電，很好的滿足鋰離子電池快速充放電的要求。
文檔編號D01D5/00GK103015033SQ201210476670
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)明者邱志明, 嚴玉蓉, 汪洋, 馮濤 申請人:華南理工大學