一种耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于静电纺丝技术的耐高温聚砜酰胺/聚丙烯腈/聚砜酰胺(PSA/PAN/PSA)复合锂电池隔膜，包括外层基材聚砜酰胺膜和中间夹层聚丙烯腈膜，还提供上述复合锂电池隔膜的制备方法，通过在上述复合锂电池隔膜纺丝的总时间内控制中间层聚丙烯腈膜的纺丝时间，形成A/B/A夹层结构的复合锂电池隔膜，解决了现有技术中锂电池隔膜热稳定性差、尺寸稳定性差、孔隙率低及电解液相容性差问题。

High temperature resistant PSA/PAN/PSA composite lithium battery separator and preparation method thereof

The invention discloses a high temperature resistant polysulfonamide/polyacrylonitrile/polysulfonamide (PSA/PAN/PSA) composite lithium battery separator based on electrospinning technology, including an outer substrate polysulfonamide membrane and an intermediate sandwich polyacrylonitrile membrane. The preparation method of the composite lithium battery separator is also provided. The composite lithium battery separator is spinned by the above composite lithium battery separator. By controlling the spinning time of the intermediate polyacrylonitrile membrane in total time, a composite lithium battery separator with A/B/A sandwich structure was formed, which solved the problems of poor thermal stability, poor dimensional stability, low porosity and poor electrolyte compatibility of the lithium battery separator in the existing technology.

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜及其制备方法
本专利技术属于锂电池隔膜领域，尤其涉及一种耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜及其制备方法。
技术介绍
锂电池隔膜是一种多孔微孔型塑料薄膜，作为锂电池的重要组成部分其成本仅次于正极材料，电池隔膜的主要作用在于：一是隔绝锂电池的正负极接触，二是确保电池中的锂离子能正常通过。如果隔膜的性能差而使电池的正负极接触，会导致电池短路甚至发生爆炸，所以隔膜对于提高锂电池的性能以及安全性能至关重要。目前市场上所用的电池隔膜主要是聚烯烃类如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)单层薄膜及PP/PE/PP三层复合薄膜，由于存在孔隙率低、高温下尺寸稳定性差、电化学性能差、吸液率低等问题，从而限制了其在锂电池上的应用。电池隔膜的制备方法分为干法和湿法，如干法拉伸法、热致相分离法、非溶剂相分离法、造纸法和静电纺丝法等，聚烯烃类隔膜的制备主要以干法和湿法为主，其中由于静电纺丝制备的纤维膜具有其他制备方式不具备的纳米性，而由纳米纤维制备的电池隔膜具有更好孔隙率、更小孔径和较强的吸液性，所以静电纺丝法成为制备锂电池隔膜的主要方法之一。
技术实现思路
为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于静电纺丝技术的耐高温聚砜酰胺/聚丙烯腈/聚砜酰胺(PSA/PAN/PSA)复合锂电池隔膜，包括外层基材聚砜酰胺膜和中间夹层聚丙烯腈膜；还提供上述复合锂电池隔膜的制备方法，通过在上述复合锂电池隔膜纺丝的总时间内控制中间层聚丙烯腈膜的纺丝时间，形成A/B/A夹层结构的复合锂电池隔膜，解决了现有技术中锂电池隔膜热稳定性差、尺寸稳定性差、孔隙率低及电解液相容性差问题。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：一种耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜，为由上层、中间层和下层热压形成的夹层结构；其中，所述上层和所述下层均为通过静电纺丝形成的PSA纤维膜，所述中间层为通过静电纺丝形成的PAN纤维膜。优选地，所述耐高温复合锂电池隔膜的厚度为0.02～0.04mm。本专利技术的第二方面，上述耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜的制备方法，具体地，包括以下步骤：(1)将PAN粉真空干燥后溶于有机溶剂中，经磁力搅拌、超声消泡，得PAN静电纺丝液；(2)先将PSA纺丝液注入纺丝针筒进行第一层静电纺丝，并控制纺丝时间为50～70min，形成第一层PSA纤维膜；再将步骤(1)中所得PAN静电纺丝液在上述PSA纤维膜表面进行PAN静电纺丝，并控制纺丝时间为40～80min，形成PAN纤维膜；然后在上述PAN纤维膜表面进行PSA静电纺丝，并控制纺丝时间为50～70min，形成第二层PSA纤维膜，得PSA/PAN/PSA三层复合隔膜；(3)将步骤(2)中所得PSA/PAN/PSA三层复合隔膜热压，真空干燥，即得。优选地，步骤(1)中，所述PAN纺丝液的固含量为10～14wt％；所述真空干燥温度为50～70℃，真空干燥时间为10～14h，在一些优选的实施方式中，所述真空干燥温度为60℃，真空干燥时间为12h；所述有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺，所述磁力搅拌时间为1～2h，超声消泡时间为30～60min。优选地，步骤(2)中，所述第一层PSA纤维膜和第二层PSA纤维膜的纺丝时间相同。优选地，步骤(2)中，所述PSA纺丝液的固含量为10～14wt％；所述第一层PSA纤维膜和第二层PSA纤维膜的静电纺丝电压为25～30kV，纺丝推进速率为0.005～0.007mm/s，纺丝距离为15cm。优选地，所述PAN静电纺丝液和PSA纺丝液的固含量相同。优选地，步骤(2)中，所述PAN纤维膜的静电纺丝电压为20～25kV，纺丝推进速率为0.007～0.009mm/s，纺丝距离为15cm。优选地，步骤(3)中，所述热压温度为130℃，热压强度为2MPa，热压时间为5min。优选地，步骤(3)中，所述真空干燥温度为70～90℃，真空干燥时间为10～14h；在一些优选的实施方式中，所述真空干燥温度为80℃，真空干燥时间为12h。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜具有良好的耐热稳定性和尺寸稳定性，同时还兼具高孔隙率、离子电导率以及电化学稳定性。其中，中间层聚丙烯腈的机械性能优于聚砜酰胺膜，可改善复合锂电池隔膜的强度；同时聚砜酰胺对电解液具有良好的亲和性，提高复合锂电池隔膜的吸液率；外层聚砜酰胺具有良好的热稳定性能，可防止锂电池在高温环境下隔膜熔融造成短路现象。附图说明图1为本专利技术耐高温复合锂电池隔膜的结构示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。以下实施例中的实验方法如无特殊说明均为常规方法，试剂与材料无特殊说明均市售可得。实施例1将PAN粉末在60℃真空干燥12h，然后加入有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺磁力搅拌2h，超声消泡60min，得12wt％的PAN静电纺丝液；再将上述PSA纺丝液注入纺丝针筒，纺丝针筒装入静电纺丝机上进行第一层纺丝，第一层PSA纺丝时间为70min，静电纺丝电压为30kV，纺丝推进速率为0.005mm/s，纺丝距离为15cm；第一层纺丝完毕后将12wt％的PAN纺丝液注入纺丝针筒，纺丝针筒装入静电纺丝机上，在第一层PSA纤维膜表面进行第二层PAN纺丝，第二层PAN纺丝时间为40min，静电纺丝电压为20kV，纺丝推进速率为0.005mm/s，纺丝距离为15cm；第二层纺丝完毕后，在第二层PAN纤维膜表面进行第三层PSA纺丝，第三层PSA纺丝时间为70min，得PSA/PAN/PSA三层复合隔膜。最后将上述PSA/PAN/PSA三层复合隔膜进行热压，热压温度为130℃，热压强度为2MPa，热压时间为5min，再在80℃真空干燥12h，得PSA/PAN/PSA三层复合隔膜，如附图1所示。实施例2将PAN粉末在60℃真空干燥12h，然后加入有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺磁力搅拌2h，超声消泡60min，得12wt％的PAN静电纺丝液；再将上述PSA纺丝液注入纺丝针筒，纺丝针筒装入静电纺丝机上进行第一层纺丝，第一层PSA纺丝时间为60min，静电纺丝电压为30kV，纺丝推进速率为0.005mm/s，纺丝距离为15cm；第一层纺丝完毕后将12wt％的PAN纺丝液注入纺丝针筒，纺丝针筒装入静电纺丝机上，在第一层PSA纤维膜表面进行第二层PAN纺丝，第二层PAN纺丝时间为60min，静电纺丝电压为20kV，纺丝推进速率为0.005mm/s，纺丝距离为15cm；第二层纺丝完毕后，在第二层PAN纤维膜表面进行第三层PSA纺丝，第三层PSA纺丝时间为60min，静电纺丝电压为30kV，纺丝推进速率为0.005mm/s，纺丝距离为15cm，得PSA/PAN/PSA三层复合隔膜。最后将上述PSA/PAN/PSA三层复合隔膜进行热压，热压温度为130℃，热压强度为2MPa，热压时间为5min，再在80℃真空干燥12h，得PSA/PAN/PSA三层复合隔膜。实施例3将PAN粉末在60℃真空干燥12h，加入有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺磁力搅拌2h，随后超声消泡60min，得12wt％的PAN静电纺丝液；再将上述PSA纺丝本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜，其特征在于，为由上层、中间层和下层热压形成的夹层结构；其中，所述上层和所述下层均为通过静电纺丝形成的PSA纤维膜，所述中间层为通过静电纺丝形成的PAN纤维膜。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜，其特征在于，为由上层、中间层和下层热压形成的夹层结构；其中，所述上层和所述下层均为通过静电纺丝形成的PSA纤维膜，所述中间层为通过静电纺丝形成的PAN纤维膜。2.如权利要求1所述的耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜，其特征在于，所述复合锂电池隔膜的厚度为0.02～0.04mm。3.如权利要求1或2所述耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将PAN粉末真空干燥后溶于有机溶剂中，经磁力搅拌、超声消泡，得PAN静电纺丝液；(2)先将PSA纺丝液注入纺丝针筒进行第一层静电纺丝，并控制纺丝时间为50～70min，形成第一层PSA纤维膜；再将步骤(1)中所得PAN静电纺丝液在上述PSA纤维膜表面进行PAN静电纺丝，并控制纺丝时间为40～80min，形成PAN纤维膜；然后在上述PAN纤维膜表面进行PSA静电纺丝，并控制纺丝时间为50～70min，形成第二层PSA纤维膜，得PSA/PAN/PSA三层复合隔膜；(3)将步骤(2)中所得PSA/PAN/PSA三层复合隔膜热压，真空干燥，即得。4.如权利要求3所述耐高温PSA/PAN/PSA复合锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述PAN纺丝液的固含量为10～14wt％；所述真空干燥温度为50～70℃，真空干燥时间为10～14h；所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛斌杰，田旭，刘岩，郑元生，陈卓明，高伟洪，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：上海,31