要分布在500nm) 80.0克，聚丙烯酸銨0.6克，丙烯酸丁酯-丙烯酸異辛酯共聚物8.0克，蒸餾水300.0克，一次性放入燒杯中，在每分鐘8000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下乳化，形成絕對粘度為20mPa.S的亞微米二氧化硅水基懸浮液(Si02/H20-2)。
[0045](2)Si02/PI微納米復合耐高溫高安全電池隔膜的制備:將上面所配置的Si02/H20-2 二氧化硅水基懸浮液在玻璃板上鋪平形成厚度為50 μ m的懸浮液膜，然后將厚度為
30μ m的電紡PI納米纖維非織造布覆蓋在Si02/H20-2懸浮液膜上，懸浮液滲進PI納米纖維非織造布中，待納米纖維布上層濕透，表明非織造布的孔隙中已完全充滿了懸浮液，揭起PI納米纖維非織造布，在100°C下熱烘lOmin，升溫至200°C熱處理5min,使Si02#微米顆粒間及亞微米顆粒與PI納米纖維間通過聚丙烯酸酯熔融而充分粘結(jié)形成有機/無機微納米復合多曲孔膜。
[0046](3)性能表征:所制備的Si02/PI微納米復合耐高溫高安全電池隔的膜厚度為
31μ m、拉伸強度為36MPa、斷裂伸長率為28%、穿刺強度為6.8N、在350°C下的熱收縮率為
0、多孔膜的孔隙率為50%、表面平均孔徑為350nm、在0.12bar壓力下的透氣性為12S、電擊穿強度為38V/ μm、離子電導率為8.9X 10 3S.cm、
[0047]實施例3:
[0048]—種含有S1jft米顆粒的復合膜材料，它以電紡聚酰亞胺(PI)納米纖維非織造布為基材，基材孔隙中填充有S1jfi米顆粒(Si02-NP);
[0049]其制備方法如下:
[0050](1)微米Si02水基懸浮液(Si02/H20_3)配置:二氧化硅粉末(直徑主要分布在800nm) 80.0克，聚丙烯酸銨0.5克，丙烯酸丁酯-丙烯酸異辛酯共聚物8.0克，蒸餾水300.0克，一次性放入燒杯中，在每分鐘10000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下乳化，形成絕對粘度為18mPa-S的微米二氧化硅水基懸浮液(Si02/H20-3)。
[0051](2)Si02/PI微納米復合耐高溫高安全電池隔膜的制備:將上面所配置的Si02/H20-3 二氧化硅水基懸浮液在玻璃板上鋪平形成厚度為60 μπι的懸浮液膜，然后將厚度為37 μ m的電紡PI納米纖維非織造布覆蓋在Si02/H20-3懸浮液膜上，懸浮液滲進PI納米纖維非織造布中，待納米纖維布上層濕透，表明非織造布的孔隙中已完全充滿了懸浮液，揭起PI納米纖維非織造布，在100°C下熱烘lOmin，升溫至200°C熱處理5min,使3;102微米顆粒間及微米顆粒與PI納米纖維間通過聚丙烯酸酯熔融而充分粘結(jié)形成有機/無機微納米復合多曲孔膜。
[0052](3)性能表征:所制備的Si02/PI微納米復合耐高溫高安全電池隔的膜厚度為40 μ m、拉伸強度為30MPa、斷裂伸長率為20 %、穿刺強度為10.0N、在350°C下的熱收縮率為
0、多孔膜的孔隙率為60%、表面平均孔徑為680nm、在0.12bar壓力下的透氣性為5S、電擊穿強度為30V/ μm、離子電導率為12.0X 10 3S.cm、
[0053]實施例4:
[0054]—種含有S1jft米顆粒的復合膜材料，它以電紡聚酰亞胺(PI)納米纖維非織造布為基材，基材孔隙中填充有S1jfi米顆粒(Si02-NP);
[0055]其制備方法如下:
[0056](1)納米Si02水基懸浮液(S1 2/H20-4)配置:二氧化硅粉末(直徑主要分布在50nm) 80.0克，聚丙烯酸銨1.0克，丙烯酸丁酯-丙烯酸異辛酯共聚物8.0克，蒸餾水300.0克，一次性放入燒杯中，在每分鐘8000轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下乳化，形成絕對粘度為26mPa.S的納米二氧化硅水基懸浮液(Si02/H20-4)。
[0057]⑵Si02/PI納米復合耐高溫高安全電池隔膜的制備:將上面所配置的Si02/H20_4二氧化硅水基懸浮液在玻璃板上鋪平形成厚度為20 μ m的懸浮液膜，然后將厚度為9 μ m的電紡PI納米纖維非織造布覆蓋在Si02/H20-4懸浮液膜上，懸浮液滲進PI納米纖維非織造布中，待納米纖維布上層濕透，表明非織造布的孔隙中已完全充滿了懸浮液，揭起PI納米纖維非織造布，在100°C下熱烘lOmin，升溫至200°C熱處理5min，使S1jfi米顆粒間及納米顆粒與PI納米纖維間通過聚丙烯酸酯熔融而充分粘結(jié)形成有機/無機納米復合多曲孔膜。
[0058](3)性能表征:所制備的Si02/PI納米復合耐高溫高安全電池隔膜的厚度為10 μ m、拉伸強度為50MPa、斷裂伸長率為30%、穿刺強度為4.0N、在350°C下的熱收縮率為
0、多孔膜的孔隙率為30%、表面平均孔徑為50nm、在0.24bar壓力下的透氣性為150S、電擊穿強度為50V/ μπκ離子電導率為4.0Χ 10 3S.cm ^以上實驗材料和結(jié)果測試設(shè)備說明:
[0059](一 )實驗材料:
[0060]本發(fā)明的4個實驗實例中使用的無機微納米粉料、PI納米纖維非織造布、高分子分散劑和高分子粘合劑均通過商業(yè)渠道購買得到。
[0061]1) 二氧化硅納米粉末，購自山東晶鑫晶體科技有限公司、北京德科島金科技有限公司；
[0062]2)電紡聚酰亞胺納米纖維非織造布，由江西先材納米纖維科技有限公司生產(chǎn)；
[0063]3)聚丙烯酸銨，購自山東淄博京和染料化工有限公司；
[0064]( 二)實驗結(jié)果測試與表征
[0065]本發(fā)明中4個實驗實例的實驗結(jié)果是通過以下儀器設(shè)備進行常規(guī)性測試和表征。
[0066]I)聚合物溶液和紡絲液絕對粘度用NDJ-8S粘度計(上海精密科學儀器公司)測定;
[0067]2)電紡納米纖維的直徑是用掃描電子顯微鏡VEGA 3 SBU(捷克共和國)測定；
[0068]3) Si02/PI納米復合耐高溫高安全電池隔膜的熱分解溫度用WRT-3P熱失重分析儀(TGA)(上海精密科學儀器有限公司)測定；
[0069]4)Si02/PI納米復合耐高溫高安全電池隔膜的機械性質(zhì)(強度、斷裂伸長等)用CMT8102微型控制電子萬能試驗機(深圳SANS材料檢測有限公司)測定；
[0070]5) Si02/PI納米復合耐高溫高安全電池隔膜的玻璃化溫度是使用Diamond動態(tài)機械分析儀(DMA) (Perkin-Elmer，美國)測定；
[0071]6) Si02/PI納米復合耐高溫高安全電池隔膜的孔隙率是通過下列算式計算得到:
[0072]孔隙率β = [1-(P/p ο)] XlOO
[0073]其中P為Si02/PI納米復合多孔膜的密度(克/cm3)，P ο為Si02/PI納米復合實體薄膜(通過溶液澆鑄法制備)的密度(克/cm3);
[0074]7) Si02/PI納米復合耐高溫高安全電池隔膜的透氣性及表面孔徑是使用美國的Porometer 3G透氣性測試儀測定；
[0075]8) Si02/PI納米復合耐高溫高安全電池隔膜的離子電導率是使用電化學工作站CHI 660D (晨華儀器，中國上海)測定；
[0076]9) Si02/PI納米復合耐高溫高安全電池隔膜的電擊穿強度是用上海亨美電氣有限公司的ZHZ8型耐壓測試儀測定。
【主權(quán)項】
1.一種微納米復合多曲孔膜材料，其特征在于:它以聚酰亞胺(PI)納米纖維非織造布為基材，基材孔隙中填充有微納米二氧化娃顆粒；所述的微納米二氧化娃顆粒，其直徑在50-800nm之間，占微納米復合多曲孔膜材料總重量的20-50% ;所述的PI納米纖維非織造布厚度在9-38 μ m之間，孔隙率在60-80%之間。2.權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:所述的微納米復合多曲孔膜材料，其孔隙率在30-60 %之間，表面平均孔徑在50-800nm之間，厚度在10-40 μ m之間。3.權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于:通過用含有15-35%wt的S12微納米顆粒的水基懸浮液涂布或浸漬PI納米纖維非織造布，使懸浮液滲透填滿PI納米纖維非織造布的孔隙，再經(jīng)100-200°c高溫烘干制得。4.權(quán)利要求3所述的材料，其特征在于:進一步含有占懸浮液總重量1.0%?4.0%的粘合劑、占懸浮液總重量0.1%?1.0 %的分散劑和余量的水。5.權(quán)利要求4所述的材料，其特征在于:所述的粘合劑選自聚丙烯酸酯類粘合劑，優(yōu)選丙烯酸丁酯-丙烯酸異辛酯共聚物；所述的分散劑為聚丙烯酸銨。6.權(quán)利要求4所述的材料，其特征在于:所述的水基懸浮液的絕對粘度為15?30mPa.S，優(yōu)選為 18 ?26mPa.S。7.一種制備權(quán)利要求1所述的微納米復合多曲孔膜材料的方法，是以低粘度S12微納米顆粒水基懸浮液和PI納米纖維非織造布為原材料，通過表面涂敷滲透或浸漬涂敷滲透的方法，將S1jj納米顆粒填進PI納米纖維非織造布的孔隙中，在較低溫度烘干后，升溫至較高溫度使粘合劑在Si(V^納米顆粒間及顆粒與PI納米纖維間進行粘合。8.權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，具體包括以下步驟: 1)配制水基懸浮液: 按重量百分比計，將15-35%的S12微納米顆粒、0.1% -1.0%的分散劑、1.0-4.0%的粘合劑和余量的水混合得到混合液，將混合液在8000-10000轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速下乳化，形成絕對粘度在15-30mPa.S的水基懸浮液； 2)填充微納米顆粒: 將步驟I)配制的水基懸浮液在水平板上鋪平形成一定厚度的懸浮液膜，然后將PI納米纖維非織造布覆蓋在所述的懸浮液膜上，懸浮液滲進PI納米纖維非織造布中，待納米纖維布上層濕透，揭起PI納米纖維非織造布； 3)干燥粘結(jié)成型 將步驟2)得到的PI納米纖維非織造布先在80?100°C下熱烘8?12min，再升溫至180?200°C熱處理3?6min，使S12微納米顆粒間以及它們與PI納米纖維間因粘合劑的熔融而充分粘結(jié)形成所述的微納米復合多曲孔膜材料。9.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:步驟I)所述的粘合劑為聚丙烯酸酯，優(yōu)選丙烯酸丁酯-丙烯酸異辛酯共聚物；所述的分散劑為聚丙烯酸銨。10.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于??驟3)是將步驟2)得到的PI納米纖維非織造布先在100°C下熱烘lOmin，再升溫至200°C熱處理5min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微納米復合多曲孔膜材料，它以聚酰亞胺(PI)納米纖維非織造布為基材，基材孔隙中填充有微納米二氧化硅顆粒；所述的微納米二氧化硅顆粒，其直徑在50-800nm之間，占微納米復合多曲孔膜材料總重量的20-50％；所述的PI納米纖維非織造布厚度在9-38μm之間，孔隙率在60-80％之間。本發(fā)明提供的微納米復合多曲孔膜材料耐高溫、抗熱收縮、耐高電壓和高電流沖擊，抗機械撞擊，適合于用作安全電池隔膜和安全超級電容器隔膜，制造各種高容量和高動力鋰電池或超級電容器。本發(fā)明還提供所述的微納米復合多曲孔膜材料的制備方法，及其作為電池隔膜的應(yīng)用。
【IPC分類】H01M2/14, H01M2/16
【公開號】CN105244466
【申請?zhí)枴緾N201510586908
【發(fā)明人】侯豪情, 王 琦, 周小平, 程楚云, 何云云
【申請人】江西先材納米纖維科技有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月11日