高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法及其产品技术

本发明专利技术涉及一种高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法及其产品,将加热能气化分解的无机盐成孔剂在低温下分散于溶剂中制得分散液；将二胺溶于分散液中，二胺溶解后加入二酐，制得含有成孔剂的聚酰胺酸溶液，二酐和二胺摩尔比为0.98:1~1.02:1，以聚酰胺酸和溶剂总质量为基准，聚酰胺酸含量为12%~25%，溶剂含量为75%~88%,以聚酰胺酸的总质量为基准，成孔剂含量为20%~35%；将聚酰胺酸溶液在玻璃板上铺膜，加热处理使溶剂挥发得到凝胶或自支撑状态膜，加热使成孔剂受热分解使膜成孔；将成孔膜在高温下预热后进行双向拉伸，使膜表面致密层破裂，继续高温亚胺化，得到多孔的聚酰亚胺隔膜,本发明专利技术节约成本，生产效率高,控制膜中溶剂残余量，使膜的孔隙率提高60%,得到更大孔径和孔隙率的隔膜,经拉伸后隔膜表面致密层被拉开。

Preparation method and product of polyimide diaphragm with high air permeability

The invention relates to a preparation method of a polyimide diaphragm with high permeability and a product, which will heat the decomposed inorganic salt forming agent to disperse in the solvent at low temperature and disperse in the solvent. The two amine is dissolved in the dispersing solution and the two amine is dissolved into two anhydride, and the polyamides containing the pore forming agent, two anhydride and two amimo are prepared. 0.98:1~1.02:1, based on the total mass of polyamides and solvents, the content of polyamides is 12%~25% and the content of solvent is 75%~88%. The content of polyamide acid is based on the total mass of polyamides, and the content of the pore forming agent is 20%~35%. The polyamides are laid on the glass plate, and the solvent is heated to get the gel or self supporting state membrane by heating the solvent. The pore forming agent is heated and decomposed to make the membrane into hole, and the pore film is preheated under high temperature for biaxial tension, so that the dense layer of the membrane is broken and the porous polyimide diaphragm is obtained. The invention saves the cost, the production efficiency is high, the residual amount of solvent in the membrane is controlled, and the porosity of the membrane is increased by 60%, and the porosity of the membrane is increased to a greater extent. The pores and porosity of the diaphragm are stretched and the dense layer of the diaphragm surface is pulled away.

【技术实现步骤摘要】
高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法及其产品
本专利技术涉及一种电池隔膜，具体涉及一种成本低、效率高的高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法及其产品。
技术介绍
隔膜是锂离子电池的重要组成部分，其作用主要是隔离正、负极，使电解液中的离子在正负极之间穿过而限制电子自由穿过。除此之外，隔膜对电池的安全性还有重要影响。电池在使用不当的情况下，电池内部或外部过热时，传统的聚烯烃隔膜在电池温度超过160℃时会熔断，导致正负极接触而短路，从而导致电池着火或爆炸，严重危及着使用者的生命安全。聚酰亚胺是一种综合性能良好的绝缘材料，具有优异的热稳定性和机械性能，其长期使用温度可高达300℃以上，是理想的电池隔膜材料。目前制备聚酰亚胺电池隔膜的制备方法有静电纺丝法、相转换法、和无机填料脱除法，现有技术均存在一定的弊端，如静电纺丝法，生产效率低，设备成本高，工艺复杂等，相转换法和无机填料法制备过程中会使用凝固剂、无机填料去除剂等，与普通聚酰亚胺亚胺隔膜的制备方法相比凝固剂和无机填料去除剂等的使用也影响了聚酰亚胺隔膜的生产效率。如中国专利技术专利CN102354733中公开了一种聚酰亚胺隔膜的制备方法，该方法中用氧化锂等无机物作为成孔剂，将氧化锂分散在聚酰胺酸溶液中，铺膜亚胺化后得到含有氧化锂的聚酰亚胺薄膜，然后用稀盐酸反复清洗除去氧化锂得到多孔的聚酰亚胺隔膜。该方法得到聚酰亚胺薄膜后，需要多步的后处理过程，增加了时间成本，严重影响了隔膜的生产效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足而提供一种无需在亚胺化后使用试剂除去无机填料和反复的清洗步骤的高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法及其产品，使用高温可完全气化的填料作为成孔剂，在聚酰亚胺酸凝胶或自支撑状态下分解，在近固态状态下，通过气体膨胀制得比填料本身粒径大的孔径和高孔隙率的聚酰亚胺隔膜，通过进一步拉伸，使得表面致密层被拉开，进而增加率隔膜的透气性。本专利技术的目的是这样实现的：一种高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备聚酰亚胺隔膜的制备方法包括以下步骤：步骤1）、将加热能够完全气化分解的无机盐成孔剂在低温下分散于溶剂中，制得分散液A；步骤2）、将二胺溶于上述分散液A中，待二胺溶解后，缓慢加入二酐，搅拌2~4小时后，制得含有成孔剂的聚酰胺酸溶液，其中所述二酐和二胺的摩尔比为0.98:1~1.02:1，以聚酰胺酸和溶剂的总质量为基准，所述聚酰胺酸的含量为12%~25%，所述溶剂的含量为75%~88%,以聚酰胺酸的总质量为基准，所述成孔剂的含量为20%~35%；步骤3）、将上述聚酰胺酸溶液在玻璃板上铺膜，经过加热处理使溶剂部分挥发，得到凝胶或自支撑状态的膜，进一步加热使成孔剂受热分解使膜成孔；步骤4）、将成孔的膜，在高温下预热后进行双向拉伸，使膜表面的致密层破裂，继续高温亚胺化，得到多孔的聚酰亚胺隔膜。所述成孔剂选自草酸铵、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵、亚硝酸胺、硝酸铈铵中的一种或几种的任意比组合，所述成孔剂的分解气化温度低于400℃，所述成孔剂的平均粒径为0.03~1微米。所述二胺为常用的合成聚酰亚胺的单体，包括4,4’-二氨基二苯醚、3,4’-二氨基二苯醚、对苯二胺、间苯二胺、5,4’-二氨基-2-苯基苯并恶唑、2-（4-氨基苯基）-5氨基苯并咪唑、4,4'-二氨基-2,2'-二甲基-1,1'-联苯、4,4’-二氨基联苯中的一种或几种的任意比组合。所述二酐为常用的合成聚酰亚胺的单体，包括均苯四甲酸酐、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、2,2’,3,3’-联苯四甲酸二酐、二苯酮四甲酸二酐、双酚A型二醚二酐中的一种或几种的任意比组合。所述溶剂为能够溶解聚酰胺酸的溶剂，具体为N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、N-甲基吡咯烷酮、甲醇和四氢呋喃的混合溶剂中的任一种，当以甲醇和四氢呋喃的混合溶剂为溶剂时，以甲醇和四氢呋喃的总质量为基准，所用四氢呋喃的含量为70%~80%，所用甲醇的含量为20%~30%。在步骤1）中所述无机盐成孔剂在低温下分散于溶剂中，该低温分散温度为-5~30℃。所述使溶剂部分挥发的热处理过程具体为在70~90℃温度下处理1.5~3小时；所述使成孔剂受热分解的热处理过程为在90~100℃温度下处理5~30分钟。在步骤4）中，所述双向拉伸的预热温度为150~180℃，所述预热时间为60~120s，所述双向拉伸所用设备为双向静态拉伸机，所述双向拉伸的拉伸方式为双向同步拉伸，所述双向拉伸的拉伸温度为150~180℃，所述双向拉伸的纵向拉伸的拉伸比为1:1.1~1:1.15，所述双向拉伸的横向拉伸比为1:1.1~1:1.2，之后将膜放入烘箱中逐步升温亚胺化，得到多孔的聚酰亚胺隔膜。一种高透气率的聚酰亚胺隔膜，其特征在于，所述一种高透气率的聚酰亚胺隔膜是采用上述任一所述的一种高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法制备的。与现有技术相比，本专利技术的特点在于：1、本专利技术使用的成孔剂是受热易分解的物质，该成孔剂在400℃以内可完全分解，其反应产物全部为气体，与现有技术相比无需使用多余的溶剂出入填料的多余步骤，节约成本，有益于提高生产效率。2、本专利技术可以在同一个配方下，通过控制控制膜中溶剂的残余量，使膜的孔隙率提高60%。3、本专利技术成孔剂分解气化时，聚酰胺酸处于一种凝胶或自支撑的状态，还未处于完全固化的状态，成孔剂分解产生的气体膨胀，使孔孔径增大，孔隙率增加，与使用传统无机填料成孔剂相比，可以得到更大的孔径和孔隙率的隔膜。4、经过拉伸后的隔膜，表面致密层被拉开，可制得Gurley值为5~230s/100ml的隔膜。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详述，以更好的理解本专利技术的内容，但本专利技术不限于以下实施例。实施例1：称取11.25g平均粒径为0.05微米的(NH4)2C2O4分散于255gN,N-二甲基乙酰胺溶液中备用，然后称取21.54g的4,4’-二氨基二苯醚（ODA）加入上述溶剂中，待二胺溶解后，将23.46g的均苯四甲酸酐（PMDA）分步加入上述溶剂中，搅拌2小时，真空脱气后，得到聚酰胺酸溶液。将上述聚酰胺酸溶液在玻璃板上铺膜，放入烘箱，在70℃处理2.5小时，90℃处理5分钟，95℃处理10分钟，100℃处理10分钟后，将可以自支撑的未亚胺化的聚酰亚胺膜，置于静态拉伸机中，150℃预热120s后进行双向同步拉伸，其中纵向拉伸1.1倍，横向拉伸1.1倍，然后将膜置于烘箱中逐步升温进行亚胺化后得到孔径0.11，孔隙率52.3%，Gurley值为93s/100ml的聚酰亚胺隔膜。实施例2：称取11.25g平均粒径为0.05微米的(NH4)2C2O4分散于255gN,N-二甲基乙酰胺溶液中备用，然后称取21.54g的4,4’-二氨基二苯醚（ODA）加入上述溶剂中，待二胺溶解后，将23.46g的均苯四甲酸酐（PMDA）分步加入上述溶剂中，搅拌2小时，真空脱气后，得到聚酰胺酸溶液。将上述聚酰胺酸溶液在玻璃板上铺膜，放入烘箱，在70℃处理2.5小时，90℃处理5分钟，95℃处理10分钟，100℃处理10分钟后，将可以自支撑的未亚胺化的聚酰亚胺膜，置于静态拉伸机中，160℃预热100s后进行双向同步拉伸，其中纵向拉伸1.1倍，横向拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备聚酰亚胺隔膜的制备方法包括以下步骤：步骤1）、将加热能够完全气化分解的无机盐成孔剂在低温下分散于溶剂中，制得分散液A；步骤2）、将二胺溶于上述分散液A中，待二胺溶解后，缓慢加入二酐，搅拌2~4小时后，制得含有成孔剂的聚酰胺酸溶液，其中所述二酐和二胺的摩尔比为0.98:1~1.02:1，以聚酰胺酸和溶剂的总质量为基准，所述聚酰胺酸的含量为12%~25%，所述溶剂的含量为75%~88%,以聚酰胺酸的总质量为基准，所述成孔剂的含量为20%~35%；步骤3）、将上述聚酰胺酸溶液在玻璃板上铺膜，经过加热处理使溶剂部分挥发，得到凝胶或自支撑状态的膜，进一步加热使成孔剂受热分解使膜成孔；步骤4）、将成孔的膜，在高温下预热后进行双向拉伸，使膜表面的致密层破裂，继续高温亚胺化，得到多孔的聚酰亚胺隔膜。

【技术特征摘要】
1.一种高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备聚酰亚胺隔膜的制备方法包括以下步骤：步骤1）、将加热能够完全气化分解的无机盐成孔剂在低温下分散于溶剂中，制得分散液A；步骤2）、将二胺溶于上述分散液A中，待二胺溶解后，缓慢加入二酐，搅拌2~4小时后，制得含有成孔剂的聚酰胺酸溶液，其中所述二酐和二胺的摩尔比为0.98:1~1.02:1，以聚酰胺酸和溶剂的总质量为基准，所述聚酰胺酸的含量为12%~25%，所述溶剂的含量为75%~88%,以聚酰胺酸的总质量为基准，所述成孔剂的含量为20%~35%；步骤3）、将上述聚酰胺酸溶液在玻璃板上铺膜，经过加热处理使溶剂部分挥发，得到凝胶或自支撑状态的膜，进一步加热使成孔剂受热分解使膜成孔；步骤4）、将成孔的膜，在高温下预热后进行双向拉伸，使膜表面的致密层破裂，继续高温亚胺化，得到多孔的聚酰亚胺隔膜。2.根据权利要求1所述的一种高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法，其特征在于，所述成孔剂选自草酸铵、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、硝酸铵、亚硝酸胺、硝酸铈铵中的一种或几种的任意比组合，所述成孔剂的分解气化温度低于400℃，所述成孔剂的平均粒径为0.03~1微米。3.根据权利要求1所述的一种高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法，其特征在于，所述二胺为常用的合成聚酰亚胺的单体，包括4,4’-二氨基二苯醚、3,4’-二氨基二苯醚、对苯二胺、间苯二胺、5,4’-二氨基-2-苯基苯并恶唑、2-（4-氨基苯基）-5氨基苯并咪唑、4,4'-二氨基-2,2'-二甲基-1,1'-联苯、4,4’-二氨基联苯中的一种或几种的任意比组合。4.根据权利要求1所述的一种高透气率的聚酰亚胺隔膜的制备方法，其特征在于，所述二酐为常用的合成聚酰亚胺的单体，包括均苯四...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志平，黄孙息，冯羽风，钟立松，
申请(专利权)人：桂林电器科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45