CN107565082A - 一种复合隔膜 - Google Patents

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荣常如
韩建
陈书礼
韩金磊
张克金
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Abstract

本发明涉及一种复合隔膜，由多孔聚酰亚胺层和蒙脱土层组成，其特征在于：将聚酰胺酸溶于N,N二甲基乙酰胺中，调节静电纺丝装置的电压在15kV~30kV范围内，接收盘距离喷头10cm~30cm之间。通过调整接受板或喷头的运行轨迹得到一张均匀的薄膜；然后将薄膜在氩气气氛下，150℃~200℃保持1h，400℃~500℃保持3h，得到薄膜A，蒙脱土和聚酰胺酸按质量比为100:5~100:30称取，在N,N二甲基乙酰胺中搅拌均匀，选择重量百分比为0.1%~0.5%的丙醇加入到上述溶液中，搅拌均匀；将上述物质制成混合溶液，涂敷在薄膜A表面，在氩气氛围亚胺化。有利于电解质离子的扩散传输；用于提高电池安全性。

Description

一种复合隔膜
技术领域
本发明涉及一种复合隔膜，属于电池隔膜领域。
背景技术
目前，常见的动力蓄电池有镍氢电池、锂离子电池、超级电容器等。超级电容器是一种介于电池与普通电容之间的储能器件，依靠离子在大比表面积活性物质上的吸附扩散进行储能，具有比功率高，循环寿命长，大电流充放电，环境友好，安全及免维护的优点。锂离子电池主要依靠锂离子在正负极材料的嵌入和脱出实现储能，锂离子在传输扩散过程中类似于“扶摇椅”。锂离子电池具有比能量高、工作电压高、自放电率小、环境友好等优点，是新能源汽车用理想动力电池。但由于使用液体电解质溶液，使锂离子电池存在安全隐患，限制了其在汽车上的规模化推广。作为隔膜锂电池的关键部件之一，对电池的安全性能起到重要作用。
介于正负极之间的隔膜具有电解质离子传输通道，防止正负极接触短路的作用。然而目前所使用的聚烯烃类隔膜在电池温度过高时熔融封闭微孔，阻隔电解质离子的传输，降低安全风险；但由于聚烯烃本身的耐热性能较差，随着温度的急剧升高，聚烯烃类聚合物形成的保护遭到破坏，失去保护功能；而聚烯烃隔膜本身被杂质（或枝晶）等刺破后，同样会使安全隐患急剧增加。
为了改变这种因为隔膜破坏引起的安全问题，人们进行了一系列研究，一方面，对现有隔膜改性，提高隔膜机械性能和耐热性能，例如隔膜表面涂覆无机粒子或者聚合物与无机粒子制成复合材料(例如US 8409746 B2，EP 2528139 A2，EP 2528142 A2，US7691529B2，US 20130065132 A1)；另一方面，以耐温等级更高，机械性能更好的聚合物制备隔膜（例如公开号CN 101645497A、公开号CN 101420018A、申请公布号CN 101752539 A、申请公布号CN 101752540 A），作为隔膜本身的聚合物材料可以发生类似闭孔作用的反应（例如公开号US2012/0295154 A1），或者加入其他可实现闭孔作用的聚合物等（例如公开号CN101656306A，公开号US2013/0022858 A1）。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合隔膜，隔膜具有较高的孔隙率，有利于电解质离子的扩散传输；用于提高电池安全性。
本发明的技术方案是这样实现的：一种复合隔膜，由多孔聚酰亚胺层和蒙脱土层组成，其特征在于：多孔聚酰亚胺层上表面粘结有蒙脱土层，隔膜的厚度为15um～40um，聚酰亚胺层孔隙率70%～95%。该复合隔膜制作步骤分两步实施：（1）将聚酰胺酸溶于N,N二甲基乙酰胺中，其体积比为10~20：100。调节静电纺丝装置的电压在15kV~30kV范围内，接收盘距离喷头10cm~30cm之间。通过调整接受板或喷头的运行轨迹得到一张均匀的薄膜；然后将薄膜在氩气气氛下，150℃~200℃保持1h，400℃~500℃保持3h，得到薄膜A。
（2）其中蒙脱土层由蒙脱土和聚酰胺酸按质量比为100:5~100:30称取，在N,N二甲基乙酰胺中搅拌均匀（体积含量为45%~90%）。选择重量百分比为0.1%~0.5%的丙醇、丁二醇、DMC的一种或几种，加入到上述溶液中，搅拌均匀。将上述物质制成混合溶液，涂敷在薄膜A表面，在氩气氛围亚胺化，150℃~200℃保持1h~5h，400℃~500℃保持1h~3h。
本发明的积极效果当电池内部温度持续升高，聚酰亚胺熔融状态，会进阻止电解质离子的传输，表面的蒙脱土是优良的阻燃剂，可以降低电池的化学反应，提高电池的安全性；可用于锂离子电池、超级电容器、燃料电池、金属空气电池。
附图说明
图1是本发明复合隔膜的结构示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的复合隔膜的结构进行说明，所述的实施例只是对本发明的权利要求的具体描述，权利要求包括但不限于所述的实施例内容。
实施例1
如图1所示将聚酰胺酸溶于N,N二甲基乙酰胺，配成10%的溶液；将得到的溶液注入加料器，通过静电纺丝仪设置电压15kV，接受盘距离喷头30cm，在滚筒式接收板上形成均匀纤维膜。将得到的聚酰胺酸纤维膜在氩气氛围亚胺化，150℃保持1h，400℃保持3h，得到多孔聚酰亚胺膜1。
按照质量比为100:5称取蒙脱土和聚酰胺酸，在N,N二甲基乙酰胺（体积含量90%）中搅拌均匀，加入0.1%的丙醇制成混合溶液，涂敷在多孔聚酰亚胺膜表面，梯度升温，除去溶剂，在氩气氛围亚胺化，150℃保持1h，400℃保持1h，制备蒙脱土层2，得到多孔聚酰亚胺和蒙脱土复合膜。
实施例2
将聚酰胺酸溶于N,N二甲基乙酰胺，配成15%的溶液；将得到的溶液注入加料器，通过静电纺丝仪设置电压30kV，接受盘距离喷头15cm，在滚筒式接收板上形成均匀纤维膜。将得到的聚酰胺酸纤维膜在氩气氛围亚胺化，170℃保持1h，450℃保持3h，得到多孔聚酰亚胺膜1。
按照质量比为100:10称取蒙脱土和聚酰胺酸，在N,N二甲基乙酰胺（体积百分数45%）中搅拌均匀，加入质量百分数0.5%的DMC和丙醇（体积比为1:1）溶液，制成混合溶液，涂敷在多孔聚酰亚胺膜表面，梯度升温，除去溶剂，在氩气氛围亚胺化，170℃保持1h，450℃保持2h，制备蒙脱层2，得到多孔聚酰亚胺和蒙脱土复合膜。
实施例3
将聚酰胺酸溶于N,N二甲基乙酰胺，配成20%的溶液；将得到的溶液注入加料器，通过静电纺丝仪设置电压20kV，移动喷头距离接收板的距离为15cm，在接收板上形成纤维膜。将得到的聚酰胺酸纤维膜在氩气氛围亚胺化，200℃保持1h，500℃保持3h，得到多孔聚酰亚胺膜1。
按照质量比为100:15称取蒙脱土和聚酰胺酸，在N,N二甲基乙酰胺（体积百分数为60%）中搅拌均匀，加入质量分数为0.2%的DMC，制成混合溶液，涂敷在多孔聚酰亚胺膜表面，梯度升温，除去溶剂，在氩气氛围亚胺化，200℃保持1h，500℃保持3h，制备蒙脱土层2，得到多孔聚酰亚胺和蒙脱土复合膜。

Claims (1)

1.一种复合隔膜，由多孔聚酰亚胺层和蒙脱土层组成，其特征在于：多孔聚酰亚胺层上表面粘结有蒙脱土层，隔膜的厚度为15um～40um，聚酰亚胺层孔隙率70%～95%；该复合隔膜制作步骤分两步实施：（1）将聚酰胺酸溶于N,N二甲基乙酰胺中，其体积比为10~20：100；调节静电纺丝装置的电压在15kV~30kV范围内，接收盘距离喷头10cm~30cm之间；通过调整接受板或喷头的运行轨迹得到一张均匀的薄膜；然后将薄膜在氩气气氛下，150℃~200℃保持1h，400℃~500℃保持3h，得到薄膜A；
（2）其中蒙脱土层由蒙脱土和聚酰胺酸按质量比为100:5~100:30称取，在N,N二甲基乙酰胺中搅拌均匀（体积含量为45%~90%）；选择重量百分比为0.1%~0.5%的丙醇、丁二醇、DMC的一种或几种，加入到上述溶液中，搅拌均匀；将上述物质制成混合溶液，涂敷在薄膜A表面，在氩气氛围亚胺化，150℃~200℃保持1h~5h，400℃~500℃保持1h~3h。
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