一种表面锂化的聚酰亚胺膜及其制备方法和应用

本发明属于聚酰亚胺材料制备和应用领域，具体涉及一种表面锂化的聚酰亚胺膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、可充电锂离子电池具有工作电压大、能量密度高、循环寿命长、绿色节能环保等优点，已成功应用于电子产品、电动汽车和储能系统中，成为现今最主流的绿色储能材料之一。在可充电锂离子电池的基本组成部分中，电池隔膜被誉为锂离子电池的“第三级”，其一是作为正极和负极之间的物理屏障，防止正负极材料的直接接触而触发的电池短路现象；二是在液体电解质充放电循环过程中提供多孔通道为锂离子迁移提供隧道，促进锂离子在电池内部的自由迁移。可见，锂离子电池隔膜直接影响着电池的整体安全性和电化学性能。

2、目前已有大量从制备方法、隔膜材料入手进行隔膜改性的研究。

3、聚酰亚胺作为一种高性能的特种功能聚合物材料，具有出色的耐热性、耐化学腐蚀性和优异的介电性能。由聚酰亚胺制备的电池隔膜具有优异的耐高温性能以及良好的电解液亲和能力，有望成为下一代高性能锂离子电池隔膜的材料。但常规聚酰亚胺隔膜仍然存在着离子电导率不足，锂离子迁移数较低等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种表面锂化的聚酰亚胺膜的制备方法，该制备方法在聚酰亚胺表面包覆聚酰胺酸锂的工艺简单，包覆效果好。

2、本发明的又一目的在于提供一种表面锂化的聚酰亚胺膜，该膜在聚酰亚胺表面包覆聚酰胺酸锂，提升隔膜的离子电导率和锂离子迁移数。

3、本发明所述的一种表面锂化的聚酰亚胺膜的制备方法，包括下述步骤：

4、将聚酰亚胺纳米纤维膜在一定温度、一定浓度的碱性锂盐水溶液中浸润一段时间后取出，经洗涤、真空干燥，得到表面包覆聚酰胺酸锂的聚酰亚胺膜。

5、与现有技术相比，本发明提供的将聚酰亚胺纳米纤维膜浸润在一定温度、一定浓度的碱性锂盐水溶液中，利用碱性锂与聚酰亚胺纤维表面的酰亚胺环间的开环反应，将锂离子负载在羧基官能团上，得到表面包覆聚酰胺酸锂的聚酰亚胺膜的制备方法，制备工艺简单，包覆效果好。

6、进一步地，所述聚酰亚胺纳米纤维膜为静电纺丝制备的聚酰亚胺纳米纤维膜或非溶剂相转移制备的聚酰亚胺纳米纤维多孔膜。

7、进一步地，所述碱性锂盐水溶液的溶质为氢氧化锂，碳酸锂，醋酸锂，硼酸锂中的一种或多种。

8、进一步地，所述碱性锂盐水溶液的溶质的摩尔浓度为(0.001～10)mol/l。

9、进一步地，所述碱性锂盐水溶液的温度为(0～60)℃。

10、进一步地，所述浸润的时间为(1～60)min。

11、进一步地，所述聚酰胺酸锂形成的包覆层厚度为(3～100)nm。

12、进一步地，所述静电纺丝制备的聚酰亚胺纳米纤维膜的静电纺丝参数为：纺丝正电压(+5～+20)kv，纺丝负电压(-20～-2)kv，接收距离(5～25)cm，滚轮转速(50～2000)r/min，推进速度(0.1～10)ml/h，电纺时间(0.5～10)h。

13、同时，根据上述任一项所述的制备方法制备的表面锂化的聚酰亚胺膜，由表面包覆聚酰胺酸锂的聚酰亚胺纳米纤维构成，其中，聚酰胺酸锂包覆层的结构式为：

14、

15、其中，n为正整数，代表聚合度。

16、相对于现有技术，本发明提供的表面锂化的聚酰亚胺膜，在锂离子电池中做隔膜应用时可有效提高离子电导率和锂离子迁移数。

17、同时，根据上述的表面锂化的聚酰亚胺膜，制作成电池隔膜在锂离子电池领域应用。

18、为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

技术特征：

1.一种表面锂化的聚酰亚胺膜的制备方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰亚胺纳米纤维膜为静电纺丝制备的聚酰亚胺纳米纤维膜或非溶剂相转移制备的聚酰亚胺纳米纤维多孔膜。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性锂盐水溶液的溶质为氢氧化锂，碳酸锂，醋酸锂，硼酸锂中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性锂盐水溶液的溶质的摩尔浓度为(0.001～10)mol/l。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱性锂盐水溶液的温度为(0～60)℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸润的时间为(1～60)min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺酸锂形成的包覆层厚度为(3～100)nm。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝制备的聚酰亚胺纳米纤维膜的静电纺丝参数为：纺丝正电压(+5～+20)kv，纺丝负电压(-20～-2)kv，接收距离(5～25)cm，滚轮转速(50～2000)r/min，推进速度(0.1～10)ml/h，电纺时间(0.5～10)h。

9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法制备的表面锂化的聚酰亚胺膜，其特征在于：所述聚酰亚胺膜由表面包覆聚酰胺酸锂的聚酰亚胺纳米纤维构成，其中，聚酰胺酸锂包覆层的结构式为：

10.根据权利要求9所述的表面锂化的聚酰亚胺膜，制作成电池隔膜在锂离子电池领域应用。

技术总结
本发明涉及一种表面锂化的聚酰亚胺膜的制备方法，通过将聚酰亚胺纳米纤维膜在一定温度、一定浓度的碱性锂盐水溶液中浸润一段时间后取出，经洗涤、真空干燥，得到表面包覆聚酰胺酸锂的聚酰亚胺膜。该方法利用碱性锂与聚酰亚胺纤维表面的酰亚胺环间的开环反应，将锂离子负载在羧基官能团上，制备工艺简单，包覆效果好，且制备出的表面包覆聚酰胺酸锂的聚酰亚胺膜制成的锂离子电池隔膜可提升隔膜的离子电导率和锂离子迁移数。

技术研发人员：张艺,黄海滔,蒋星,刘四委,池振国,许家瑞
受保护的技术使用者：中山大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10