一种芳香族聚酰胺多孔膜、制备方法及锂二次电池技术

本发明专利技术提供一种芳香族聚酰胺多孔膜，所述芳香族聚酰胺多孔膜的内部结构均一；其整体为三维网络状多孔结构；所述孔的尺寸为微米级。本发明专利技术所述的芳香族聚酰胺多孔膜，具有良好的热稳定性，尤其适合高能量密度锂离子动力电池，大大提高电池的热失控温度。

【技术实现步骤摘要】
一种芳香族聚酰胺多孔膜、制备方法及锂二次电池
本专利技术涉及一种芳香族聚酰胺多孔膜、制备方法及锂二次电池。
技术介绍
锂离子电池由正、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳组成。隔膜作为电池的“第三极”，是锂离子电池中的关键内层组件之一。隔膜吸收电解液后，可隔离正、负极，以防止短路，同时允许锂离子的传导。在过度充电或者温度升高时，隔膜通过闭孔来阻隔电流传导，防止爆炸。因此，隔膜性能的优势决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能及充放电电流密度等关键特性，性能优异的隔膜对提高电池及动力电池的综合性能有重要作用。动力锂离子电池需要提供更高的电压、更大的功率以及更多的电量。所以，对隔膜提出了更高的要求。首先，动力电池隔膜应具有耐热性能更高、闭孔破膜窗口更大及安全性能更好的特点。第二，动力电池隔膜的均一性要求更高，包括隔膜的厚度、透气、孔径分布等性能的均一性。第三，动力电池隔膜需要在保证电池安全的情况下，具有更大的透气性能。第四，动力电池隔膜需要更好的耐电化学氧化性能。第五，动力电池隔膜需要更好的吸电解液的性能。目前市场上绝大多数的锂离子电池隔膜是聚烯烃隔膜，其耐热性能、吸电解液能力以及耐电化学氧化性能均较差，无法满足动力锂离子电池的需求。为此，隔膜厂家开始对隔膜进行升级换代的开发与研究，主要针对现有隔膜进行改性及开发新型隔膜。本专利技术研究人员致力于开发一种耐高温多孔膜，提高锂离子动力电池的安全性。芳香族聚酰胺类聚合物(PPTA、PMIA、PBA、PSA)具有高耐热性，其玻璃化温度在300℃以上，热分解温度高达560℃，此外还有高绝缘性和耐化学腐蚀性，很适合用作锂离子电池隔膜。目前，国内已有研究机构将芳纶应用于锂离子电池隔膜，如CN103242556A和CN202384420U中公开将芳香族聚酰胺类聚合物纤维涂覆到聚烯烃隔膜表面。然而，这些方法由于受限于聚烯烃基材，隔膜使用温度不宜太高，限制了隔膜的应用范围。所以，要体现芳香族聚酰胺类聚合物材料在锂电池领域的优越性，需要制备以芳香族聚酰胺聚合物为基材且达到电池应用要求的多孔膜。目前，多孔膜通常采用非溶剂相转化法(NIPS)制备。溶剂相转化法中隔膜是在溶剂体系为连续相的聚合物溶液转变为连续相的三维大分子网络凝胶过程中制备而形成的，然而芳香族聚酰胺类聚合物分子取向度高，具有非常高的结晶度，极易形成致密皮层结构，导致多孔膜透气性差，在电池应用中使电池内阻增加。US20080113177公开了通过添加防止芳纶树脂凝聚的相分离控制剂，将浆料流延到支撑体上，可以形成芳香族聚酰胺多孔膜，但是该方案同时存在弊端：支持体与流延制膜液的气氛温度需要降温至0℃以下，增加能耗，同时还要考虑制膜液与流延环境温度差；需严格控制制膜液与湿式浴温度差；需要在制膜液中加入聚合物不良溶剂及致孔剂，为后续溶剂回收处理增加成本；在支持体上将制膜液中聚合物析出，即使控制环境湿度和温度液很难控制表层结构，无法得到表层结构对称的多孔膜。
技术实现思路
本专利技术提供一种芳香族聚酰胺多孔膜，所述芳香族聚酰胺多孔膜的内部结构均一(从本专利技术附图6可知多孔膜的截面显示内部结构均一)；其为三维网络状多孔结构；所述孔的尺寸为微米级。本专利技术所述的芳香族聚酰胺多孔膜的三维网络状多孔结构从内部到表面连通，为一个整体。本专利技术多孔膜两个表面具有几乎相同的结构包括孔隙率和孔径。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.4～1.0um。所述多孔膜表面的平均孔径是指多孔膜两个表面中任意一个的平均孔径均在此范围。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.5～0.9um。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.6～0.9um。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.5～0.8um。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.6～0.8um。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜截面上分布的孔由三组连续的孔径分布组成：30～70nm(I)、8～30nm(II)和70～100nm(III)；且孔径分布(I)所占的面积为所述芳香族聚酰胺多孔膜截面上分布的孔的总面积的80～97％；且孔径分布(II)所占的面积为所述芳香族聚酰胺多孔膜截面上分布的孔的总面积的1～10％；且孔径分布(III)所占的面积为所述芳香族聚酰胺多孔膜截面上分布的孔的总面积的1～5％。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜截面上分布的孔由三组连续的孔径分布组成：50～70nm(1)、8～50nm(2)和70～100nm(3)；且孔径分布(1)所占的面积为所述芳香族聚酰胺多孔膜截面上分布的孔的总面积的85～97％；且孔径分布(2)所占的面积为所述芳香族聚酰胺多孔膜截面上分布的孔的总面积的1～10％；且孔径分布(3)所占的面积为所述芳香族聚酰胺多孔膜截面上分布的孔的总面积的1～3％。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜的透气率为20～350秒/100CC。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜的透气率为30～200秒/100CC。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜的孔隙率为30～70％。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺多孔膜的孔隙率为45～60％。作为一种实施方式，所述芳香族聚酰胺选自聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯甲酰胺及聚苯砜对苯二甲酰胺中至少一种。本专利技术提供一种芳香族聚酰胺多孔膜的制备方法，包括：提供一种芳香族聚酰胺溶液；所述溶液挤出形成液膜；所述液膜通过传送装置送入凝胶浴中形成膜；所述液膜沿传送方向的两边与所述传送装置接触；所述膜通过萃取剂萃取出溶剂后形成多孔膜。本专利技术所述的液膜通过传送装置送入凝胶浴中形成膜，所述液膜除传送方向的两边外，液膜上下两个表面的其余大部分面积都直接同时跟凝胶液接触，两个表层发生的相转变进程完全相同，使多孔膜两个表层具有几乎相同的结构。所述传送链的宽度L1，所述液膜的宽度为L,作为一种实施方式，L1与L之比为1/8～1/20。与传送链接触的液膜部分的宽度为L2，作为一种实施方式，L2与L1之比为1/5～1。作为一种实施方式，所述传送装置，包括传动部件和承载部件，所述承载部件在传动部件的带动下传送所述液膜进入凝胶浴；所述承载部件包括第一承载部件和第二承载部件，所述第一承载部件和第二承载部件分别与所述液膜沿传送方向的两个边接触。作为一种实施方式，所述传送装置包括承载部件和传送所述承载部件的传送部件；所述传送部件通过所述承载部件与所述液膜接触的承载部件表面为非平面。作为一种实施方式，在与所述液膜接触的承载部件表面设置防滑结构和/或能存储液体的结构，以使所述液膜和承载部件之间形成包括固体区域和非固体区域的承载面。承载部件的作用是承载所述液膜进入凝胶浴中运动，还可以进一步设置以控制其在相分离过程中宽度方向上的变化；同时，所述液膜除与所述承载部件接触的两个边外，其余部分在凝胶浴中是悬空的，悬空部分的两个面在相同条件下与凝胶浴充分接触，保证了相同的成孔条件，从而使最终形成的多孔膜的两面具有对称的微孔结构，提高了多孔膜的孔隙率和孔的质量。在本专利技术的一种实施方式中，所述承载部件包括固定所述液膜两个边的固定结构；所述固定结构包括针本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芳香族聚酰胺多孔膜，其特征在于：所述芳香族聚酰胺多孔膜的内部结构均一；其为三维网络状多孔结构；所述孔的尺寸为微米级。

【技术特征摘要】
2017.05.10 CN 20171032661761.一种芳香族聚酰胺多孔膜，其特征在于：所述芳香族聚酰胺多孔膜的内部结构均一；其为三维网络状多孔结构；所述孔的尺寸为微米级。2.如权利要求1所述的芳香族聚酰胺多孔膜，其特征在于：所述芳香族聚酰胺多孔膜表面的平均孔径为0.4～1.0um。3.如权利要求1所述的芳香族聚酰胺多孔膜，其特征在于：所述芳香族聚酰胺多孔膜的透气率为20～350秒/100CC。4.如权利要求1所述的芳香族聚酰胺多孔膜，其特征在于：所述芳香族聚酰胺多孔膜的孔隙率为30～70％。5.如权利要求1所述的芳香族聚酰胺多孔膜，其特征在于：所述芳香族聚酰胺选自聚对苯二甲酰对苯二胺、聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯甲酰胺及聚苯砜对苯二甲酰胺中至少一种。6.一种芳香族聚酰胺多孔膜的制备方法，包括：提供一种芳香族聚酰胺溶液；所述溶液挤出形成液膜；所述液膜通过传送装置送入凝胶浴中形成膜；所述液膜沿传送方向的两边与所述传送装置接触；所述膜通过萃取剂萃取出溶剂后形成多孔膜。7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：芳香族聚酰胺的质量为所述芳香族聚酰胺溶液质量的10～30％。8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述芳香族聚酰胺特性粘度为1.8～3.5。9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述芳香族聚酰胺溶液的旋转粘度为20～300Pa.s。10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述芳香族聚酰胺溶液制备方法包括：将芳香族聚酰胺纤维、溶剂及助溶剂混合形成芳香族聚酰胺溶液。11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述芳香族聚酰胺纤维选自芳香族聚酰胺短纤维和/或芳香族聚酰胺沉析纤维。12.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂选自N－甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N－二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N－二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)及磷酸三乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙庆津，黄和极，李葳，李翔，
申请(专利权)人：微宏动力系统湖州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33