一种湿法抄纸工艺制备的聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜及其制备方法。其中，该锂离子电池隔膜是以聚芳砜酰胺复合无纺膜为基材，采用湿法抄纸工艺制备得到的。它的特点是厚度为10μm-200μm，孔隙率为40%-95%，孔径为0.05μm-1μm，透气度Gurley值为1s-500s/100cc。与传统聚烯烃隔膜相比，本发明的聚芳砜酰胺基电池隔膜具有良好的电解液浸润性能，优异的阻燃性能和耐高温性能，提高了锂离子电池的高温安全性能和倍率长循环性能，进一步拓宽了该隔膜的应用领域。因此该隔膜可应用于动力锂离子电池和耐高温电池等领域。同时，本发明提供的技术方案简单易行，生产成本低廉，适宜进行大规模化生产。
【专利说明】一种湿法抄纸工艺制备的聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂离子电池，尤其涉及一种聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]锂离子电池具有高功率密度、无记忆效应、自放电率低、可快速充放电、放电电压稳定和循环寿命长等优点，因而成为新型电源技术研究的热点，目前已在便携式电子设备等领域得到了快速的发展。锂离子电池主要由三部分组成:正极材料、负极材料和隔膜。电池隔膜是电池生产中不可缺少的一种关键装配，其成本约占电池总成本的20 %-30 %。隔膜的主要作用是利用隔膜的不导电性将电池的正负极隔开，防止两电极接触而发生短路，同时依靠隔膜自身的微孔结构，让锂离子自由通过，保持正负极间良好的离子导电性。隔膜性能的优劣对电池性能和安全性能影响极大。因此，开发综合性能优异的锂离子电池隔膜便显得尤其重要。
[0003]目前，锂离子电池的隔膜材料主要有聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)单层微孔膜，以及它们的多层复合微孔膜，如牌号Celgard的商品膜。这类材料单向拉伸制成，它的缺点是:一方面，其孔型狭长、横向、纵向是1:10，横向强度低、制备工艺复杂，因而限制了这种隔膜的广泛使用。另一方面，其熔融温度较低，使得锂离子电池在温度稍高时，电池内部的聚烯烃隔膜受热收缩进而引发电池短路，内部热量瞬间增加，从而导致电池爆炸和燃烧，直接危害人们的生命安全。
[0004]聚芳砜酰胺是我国自主创新开发的高科技产品，填补了我国在250 °C领域耐高温高分子材料的空白。聚芳砜酰胺是一种在高分子主链上含有砜基的芳香族聚酰胺纤维，是由对苯二甲酰氯与二氨基间苯二酚聚合得到一类聚合物。由于砜基-SO2 -的引入，又进一步提高了其热分解温度并使分子链韧性增加，聚芳砜酰胺的柔性优于芳纶浆柏、用于增强密封材料，抗冲击、耐疲劳，在加工过程中不易损伤，在密封材料制品中表现较好的密封回弹性。聚芳砜酰胺浆柏的抄造性能优异，具有绝缘性能好、撕裂强度高、表面光洁、耐高温性能好等特点，是湿法抄造绝缘纸或其他合成纸的重要纸基原料。同时，聚芳砜酰胺具有优异的耐化学腐蚀性，电化学稳定性，电绝缘性，阻燃性能和耐高温性能等优点，其主要应用在高温过滤材料、特种防护服，电绝缘材料和耐高温工程塑料等方面。然而，截至目前，并没有关于聚芳砜酰胺基复合无纺膜作为锂离子电池隔膜的文献报道。利用湿法抄纸技术制备的无纺膜是锂离子电池隔膜的一个重要发展方向，它具有比表面积大，电解液吸收均匀，孔隙率高等优点，因而得到了各国锂离子电池隔膜研究人员的广泛关注。基于此，本发明利用湿法抄纸工艺成功制备了阻燃耐高温的聚芳砜酰胺基复合无纺膜，并将其应用于锂离子电池隔膜领域。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于改善了传统聚烯烃隔膜的不足，提供了一种阻燃、耐高温的聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜，提高现有电池隔膜的综合性能。
[0006]本发明的另一目的在于提供上述聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜的制备方法。
[0007]为实现上述目的，本发明所提供的锂离子电池隔膜为聚芳砜酰胺基复合无纺膜组成，膜厚度为10 Mm-200 Mm;孔隙率为40 %_95 %，孔径为0.05Mm-lMm，电解液吸收率为100%-800 %，透气度Gurley值为I s-500 s/100 cc ;阻燃性能好，极限氧指数为30 %_35 % ;热稳定性能优异，在200 ° C温度下尺寸收缩率小于0.5 %。
[0008]所属的制备方法是通过湿法抄纸工艺对聚芳砜酰胺浆料或混合浆料，经过打浆、抄纸、辊压、干燥制备出所属的聚芳砜酰胺基复合无纺膜。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
步骤1、将聚芳砜酰胺浆柏和添加剂按一定比例加在分散液中，经磨浆机打浆处理后，得到造纸浆料；
步骤2、将步骤I得到的造纸浆料在抄纸机上进行抄造成型，得到湿态聚芳砜酰胺基复合无纺膜；
步骤3、将湿态聚芳砜酰胺基无纺膜进行轧压、干燥，以除去多余的水分，再经卷绕，便得到聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜。
[0009]其中所述制备方法中，所用分散液为去离子水、乙醇、异丙醇和丙三醇中的一种或多种；添加剂包括但不局限于纤维素、竹纤维、大豆纤维、芳纶、聚酰亚胺、尼龙、聚酯纤维、聚丙烯腈、海藻酸钠，羧甲基纤维素钠、聚环氧乙烷、水溶性聚氨酯中的一种或多种，打浆度为50-90° SR，轧压压力为4-40 MPa，烘干温度为50-100。C。
[0010]聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜的用途在于，利用耐高温和亲电解液的聚芳砜酰胺复合无纺膜为基材，提高了电池隔膜的耐高温性能和电解液吸收量，同时该无纺膜具有较高的孔隙率和阻燃性能，极大地提高了锂离子电池的耐高温安全性能和倍率长循环性能，进一步拓宽了该隔膜的应用领域。因此该隔膜可应用于动力锂离子电池和耐高温电池领域。同时，本发明的技术方案生产成本低廉，而且制备工艺简单易行，适于大规模化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是实施例1中聚芳砜酰胺无纺膜的扫描电镜图片；
图2是Celgard 2500隔膜(a)和聚芳砜酰胺基复合无纺膜(b)在200 °C温度下的尺寸稳定性数码照片；
图3是Celgard 2500隔膜(a)和聚芳砜酰胺基复合无纺膜(b)的阻燃性能；
图4是以聚芳砜酰胺基复合无纺膜组装的全电池在0.5 C/0.5 C时的长循环性能表征。
【具体实施方式】
[0012]以上是对本发明的一般性描述，下面我们将通过具体实例对本发明的权利要求作进一步的解释。
[0013]实施例1
将I g聚芳砜酰胺浆柏和200 g去离子水经磨浆机打浆，控制打浆度为50° SR，制成均匀浆液，将得到的浆液分布到造纸成型网上，进行脱水成膜，将脱水后的纸层通过辊压，再经100。C烘箱干燥，以除去纸层中多余的水分，最后进行卷绕便得到聚芳砜酰胺无纺膜。
[0014]实施例2
将0.5 g聚芳砜酰胺衆柏、0.5 g纤维素衆柏、300 g去离子水和IOOg乙醇经磨衆机打浆，控制打浆度为80° SR，制成均匀的混合浆液，将得到的浆液分布到造纸成型网上，进行脱水成膜，将脱水后的纸层通过辊压，再经90。C烘箱干燥，以除去纸层中多余的水分，最后进行卷绕，便得到聚芳砜酰胺/纤维素复合无纺膜。
[0015]实施例3
将1.5 g聚芳砜酰胺浆柏、I g海藻酸钠、400 g去离子水和IOOg丙三醇经磨浆机打浆，控制打浆度为70° SR，制成均匀浆液，将得到的浆液分布到造纸成型网上，进行脱水成膜，将脱水后的纸层通过辊压，再经80。C烘箱干燥，以除去纸层中多余的水分，最后进行卷绕，便得到聚芳砜酰胺/海藻酸钠复合无纺膜。
[0016]本发明不仅局限于以上实施方式，可以根据物料配比、分散液配比，打浆度不同、轧压压力和烘干温度来制备满足锂离子电池隔膜所需要的产品型号和规格。本领域的科研人员还可以做出各种改变和变形，在本专利主旨的前提下，均在本专利的范围内。
[0017]对比例:采用商业化的聚烯烃隔膜Celgard 2500作为对比，以进一步阐明本专利中所述的聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜的优点。
[0018]对实施例和对比例中的隔膜性能进行表征,所得结果列于表I。从表I可知:本专利所提供的聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜具有孔隙率高、电解液吸收多、热稳定性能好和阻燃性能优异等优点，符合锂离子电池隔膜的要求。
[0019]表I
【权利要求】
1.一种锂离子电池隔膜，其特征在于，所述隔膜为聚芳砜酰胺基复合无纺膜。
2.一种如权利要求1所述锂离子电池隔膜，其特征在于，所述聚芳砜酰胺基复合无纺膜的孔隙率为40 %-95 %，孔径为0.05Mm-lMm，电解液吸收率为100 %-800 %，透气度Gurley值为 I s-500 s/100 CC0
3.—种如权利要求1所述锂离子电池隔膜，其特征在于，所述聚芳砜酰胺基复合无纺膜的阻燃性能好，极限氧指数为30 %-35 %;热稳定性能优异，在200 °C温度下尺寸收缩率小于0.5 %。
4.一种如权利要求1至3之一所述锂离子电池隔膜，其特征在于，所述聚芳砜酰胺基复合无纺膜的厚度为10 Mm-200 Mm。
5.一种如权利要求1至4之一所述锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，制备步骤如下: 步骤1、将聚芳砜酰胺浆柏和添加剂按一定比例加在分散液中，经磨浆机打浆处理后，得到造纸浆料； 步骤2、将步骤I得到的造纸浆料在抄纸机上进行抄造成型，得到湿态聚芳砜酰胺基复合无纺膜； 步骤3、将湿态聚芳砜酰胺基复合无纺膜进行轧压、干燥，以除去多余的水分，再经卷绕，便得到聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜。
6.一种如权利要求5所述聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤I中所用分散液为去离子水、乙醇、异丙醇和丙三醇中的一种或多种；添加剂包括但不局限于纤维素、芳纶、聚酰亚胺、尼龙、聚酯纤维、聚丙烯腈、海藻酸钠，羧甲基纤维素钠、聚环氧乙烷、水溶性聚氨酯中的一种或多种。
7.—种如权利要求5所述聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所属步骤I中的打浆度为50-90° SR。
8.—种如权利要求5所述聚芳砜酰胺基锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所属步骤3中的轧压压力为4-40MPa，烘干温度为50-100。C。
9.一种如权利要求1所述锂离子电池隔膜，其用途在于，利用耐高温和亲电解液的的聚芳砜酰胺基复合无纺膜为基材，提高了电池隔膜的耐高温性能和电解液吸收量，同时该无纺膜具有较高的孔隙率和阻燃性能，极大地提高了锂离子电池的耐高温安全性能和倍率长循环性能，进一步拓宽了该隔膜的应用领域，因此该隔膜可应用于动力锂离子电池和耐高温电池等领域。
【文档编号】H01M2/16GK103441228SQ201310246401
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年6月21日 优先权日:2013年6月21日
【发明者】崔光磊, 张建军, 孔庆山, 岳丽萍, 刘志宏, 姚建华 申请人:中国科学院青岛生物能源与过程研究所