一种同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜，其制备过程是首先通过静电纺丝法制备聚酰胺酸纳米纤维膜并热亚胺化得到聚酰亚胺纳米纤维膜；然后将聚酰亚胺纳米纤维膜先后浸入氢氧化钾溶液和稀醋酸溶液中进行刻蚀开环和酸化，再将纳米纤维膜浸泡至铝盐的醇溶液中进行原位吸附络合，再将其浸入氨水中进行水解，最终经过热处理得到同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜。本发明专利技术制备的同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜表面浸润性、热稳定性优异，勃姆石陶瓷层包覆均匀；作为耐高温锂离子电池隔膜能够有效提高电池安全性，应用前景良好。本发明专利技术的制备方法实施过程简单，包覆效率高，环境污染小，有工业化生产前景。有工业化生产前景。有工业化生产前景。
【技术实现步骤摘要】
一种同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法
[0001]本专利技术属于聚酰亚胺纳米纤维膜
，尤其是涉及一种同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法。
技术介绍
[0002]随着现代化工业进程的快速发展和人口的急剧增加，传统化石燃料急剧消耗，人们对环境保护的要求日益提高，绿色环保的新型能源开发利用刻不容缓。使用寿命长、工作温度范围宽、能量密度高的锂离子电池已成为未来最重要的新能源发展方向之一。隔膜作为“第三电极”，起到防止电池正负极直接接触、允许锂离子传输的作用，在电池工作中扮演了重要角色，其性能对电池性能有着直接影响。隔膜材料研究是近年来电池研究的重点。
[0003]静电纺丝又被称作电纺丝，是一种能够简便、高效地制作纳米纤维的工艺，目前已受到广泛关注。利用静电纺丝技术能够制备长径比大、比表面积大的纳米纤维，通过调节聚合物种类、分子量和溶剂等条件能够调控纤维直径、孔结构和纤维堆积状态，使其具备优异性能。电纺纳米纤维膜高孔隙率、孔径均匀可调的优点让其在锂离子电池隔膜的应用领域有着极大的潜力。
[0004]聚酰亚胺(PI)材料具有耐高温、耐低温、高强高模、高抗蠕变、高尺寸稳定等优点。PI纳米纤维直径小、比表面积大，在复合材料增强体、锂电池隔膜、燃料电池、传感器等领域有极大的应用潜力。通过对PI纳米纤维进行改性也能够赋予纳米纤维更多的特性。在电池隔膜改性中，无机粒子浆料涂覆是最常见的改性方法之一，而铝陶瓷如三氧化二铝(Al2O3)、勃姆石(AlOOH)由于价格便宜、热力学性能优良、能够极大提高隔膜的电解液浸润性，被广泛用于锂电池隔膜改性中，例如专利CN106299204A在基膜表面涂覆厚度为1-4μm的氧化铝涂层，制备了一种高安全性锂电池隔膜。然而，利用涂覆法负载无机材料将不可避免地增加隔膜厚度、减少电池能量密度、降低隔膜均匀性，还存在无机层脱落的风险。针对这些缺点，本专利技术提供了一种同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法。本专利技术采用的方法简单，得到的纤维膜有较高的孔隙率和吸液率，且不同于传统的涂覆方法，利用了PI纳米纤维自身的官能团带来的吸附络合效应将勃姆石陶瓷均匀包覆在纤维表面，陶瓷层不易脱落且厚度薄，隔膜热稳定性优异。
技术实现思路
[0005]为了改进涂覆法在隔膜表面负载无机材料带来的增加隔膜厚度、降低隔膜均匀性、易造成涂层脱落等缺点，本专利技术提供了一种同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜及其制备方法。
[0006]一种同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜，其特征在于，其中聚酰亚胺纳米纤维的直径为20-600nm，纳米纤维表面包覆厚度为10-100nm勃姆石陶瓷层。
[0007]进一步地，聚酰亚胺纳米纤维的直径为30-500nm，纳米纤维表面包覆厚度为20-90nm勃姆石陶瓷层。
[0008]进一步地，所述同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜的接触角为4-18
°
，优选5-16
°
；
[0009]进一步地，所述同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜的孔隙率为60-85％，优选62-82％；
[0010]进一步地，所述同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜的0.02N下热形变温度为270-320℃，优选280-315℃。
[0011]一种同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
[0012]A：配制浓度为0.05-0.5mol/L的铝盐醇溶液；
[0013]B：采用静电纺丝法将固含量为8-12％的聚酰胺酸溶液制成聚酰胺酸纳米纤维膜并进行热处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜；
[0014]C：将步骤B制备的聚酰亚胺纳米纤维膜置于0.05-6mol/L的碱溶液中进行刻蚀，得到表面碱解开环的聚酰亚胺纳米纤维膜；
[0015]D：将经过C步骤处理得到的聚酰亚胺纳米纤维膜置于质量分数为0.3-15％的酸溶液中进行酸化，得到纳米纤维表面含有羧基活性官能团的聚酰亚胺纳米纤维膜；
[0016]E：将经过D步骤处理得到的聚酰亚胺纳米纤维膜置于步骤A制得的铝盐醇溶液中；
[0017]F：将经过E步骤处理后得到的纳米纤维膜在0.002-0.09mol/L的稀氨水中浸泡，再将其进行热处理，得到同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜。
[0018]步骤A中所述的铝盐为硫酸铝、无水氯化铝中的至少一种。
[0019]步骤A中所述铝盐醇溶液的浓度优选为0.1-0.4mol/L，作为溶剂的醇为甲醇、乙醇、异丙醇中的至少一种。
[0020]步骤B中聚酰胺酸由任意一种二元酸酐和二元胺经过溶液缩合聚合制得，其中二元酸酐和二元胺优选为均苯四甲酸二酐/4,4
’-
二氨基二苯醚(PMDA/ODA)、3,3
’
,4,4
’-
二苯酮四酸二酐/4,4
’-
二氨基二苯醚(BTDA/ODA)、六氟二酐/4,4
’-
二氨基二苯醚(6FDA/ODA)、3,3
’
,4,4
’-
联苯四甲酸/4,4
’-
二氨基二苯醚(BPDA/ODA)、4,4
’-
联苯醚二酐/4,4
’-
二氨基二苯醚(ODPA/ODA)。所述热处理的条件为：温度为290-350℃，优选300-330℃，保温1-5h，优选1.5-3.5h。
[0021]步骤C中所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种，碱溶液的浓度优选为0.1-5mol/L，纳米纤维膜在碱中处理的时间为20s-40min，优选为30s-30min。进一步地，碱溶液处理后用去离子水清洗至中性。碱溶液与步骤B制备的聚酰亚胺纳米纤维膜的质量比为大于10：1，优选为20：1-105：1。
[0022]步骤D中所述的酸为醋酸、硫酸、盐酸、硝酸中的至少一种，酸的质量分数优选为0.5-10％，纳米纤维膜在酸中处理的时间为20min-4h，优选30min-3h。进一步地，酸化后用去离子水清洗至中性。酸溶液与步骤C处理得到的聚酰亚胺纳米纤维膜的质量比为大于10：1，优选为20：1-104：1。
[0023]步骤E中纳米纤维膜在铝盐醇溶液中处理的时间为20min-4h，优选30min-3h，使铝盐在聚酰亚胺纳米纤维表面发生吸附络合，进一步地，取出后将其在去离子水中超声清洗10-60min，优选20-50min。铝盐醇溶液与步骤D处理得到的聚酰亚胺纳米纤维膜的质量比为大于10：1，优选为20：1-105：1。步骤F中所述的稀氨水浓度优选为0.004-0.08mol/L，纳米纤
维膜在稀氨水中浸泡的时间为20min-3h，优选30min-2h；使铝盐在纤维表面进行水解沉积，进一步地，取出并在去离子水中超声清洗10-60min，优选20-50min。稀氨水与步骤E处理后得到的纳米纤维膜的重量比为大于10：1，优选为20：1-104：1。所述热处理的条件为：温度290-350℃，优选300-本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜，其特征在于，其中聚酰亚胺纳米纤维的直径为20-600nm，纳米纤维表面包覆厚度为10-100nm勃姆石陶瓷层。2.权利要求1所述的聚酰亚胺纳米纤维膜，其中聚酰亚胺纳米纤维的直径为30-500nm，纳米纤维表面包覆厚度为20-90nm勃姆石陶瓷层。3.一种权利要求1所述的同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：A：配制浓度为0.05-0.5mol/L的铝盐醇溶液；B：采用静电纺丝法将固含量为8-12％的聚酰胺酸溶液制成聚酰胺酸纳米纤维膜并进行热处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜；C：将步骤B制备的聚酰亚胺纳米纤维膜置于0.05-6mol/L的碱溶液中进行刻蚀，得到表面碱解开环的聚酰亚胺纳米纤维膜；D：将经过C步骤处理得到的聚酰亚胺纳米纤维膜置于质量分数为0.3-15％的酸溶液中进行酸化，得到纳米纤维表面含有羧基活性官能团的聚酰亚胺纳米纤维膜；E：将经过D步骤处理得到的聚酰亚胺纳米纤维膜置于步骤A制得的铝盐醇溶液中；F：将经过E步骤处理后...
【专利技术属性】
技术研发人员：齐胜利，杨承沅，董南希，田国峰，武德珍，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：
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