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一種耐熱多孔隔離膜及其制備及應(yīng)用

閱讀:708發(fā)布:2024-02-27

專利匯可以提供一種耐熱多孔隔離膜及其制備及應(yīng)用專利檢索,專利查詢,專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及一種耐熱多孔隔離膜及其制備及應(yīng)用,所述耐熱多孔隔離膜包括 生物 基聚酰亞胺復(fù)合膜和設(shè)于兩層生物基聚酰亞胺復(fù)合膜之間的聚乙烯膜,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜整體呈蜂窩孔狀結(jié)構(gòu),包括生物基聚酰亞胺 樹脂 和 碳 納米管 , 碳納米管 均勻分布在所述生物基聚酰亞胺樹脂中,制備時通過復(fù)合狹縫模頭模內(nèi)匯合共擠出形成多層結(jié)構(gòu),經(jīng) 冷壓 、拉伸、萃取、干燥和熱定型成為多孔結(jié)構(gòu),本發(fā)明使用碳納米管均勻分散于膜內(nèi),不僅有利于 電子 傳輸,在內(nèi)部多孔結(jié)構(gòu)形成時,有利于孔徑減小和 孔徑分布 均勻,在兩層生物基聚酰亞胺復(fù)合膜之間加入聚乙烯膜,使之應(yīng)用為 鋰離子 電池 的隔膜,使得隔膜具有較低的閉孔 溫度 和較高的破膜溫度,提高了鋰 鋰離子電池 的安全性。,下面是一種耐熱多孔隔離膜及其制備及應(yīng)用專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種耐熱多孔隔離膜,包括生物基聚酰亞胺復(fù)合膜和設(shè)于兩層所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜之間的聚乙烯膜,其特征在于,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜包括生物基聚酰亞胺樹脂納米管,所述碳納米管均勻分布在所述生物基聚酰亞胺樹脂中,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜整體呈蜂窩孔狀結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐熱多孔隔離膜,其特征在于,所述耐熱多孔隔膜厚度為
10-30um,兩側(cè)的所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜厚度相同,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜與所述聚乙烯膜的厚度比為1:0.8-1.2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐熱多孔隔離膜,所述耐熱多孔隔離膜包括以下組分制備而成,以下組分按重量計算:
生物基聚酰亞胺樹脂???????????????10-20份
碳納米管?????????????????????????0.2-0.5份
聚乙烯???????????????????????????5-10份。
4.一種權(quán)利要求1至3任一項所述的耐熱多孔隔離膜的制備方法,包括以下步驟:
步驟1:將碳納米管溶于氯仿中,超聲分散不少于30min;
步驟2:將生物基聚酰亞胺樹脂和助劑溶于氯仿和石蠟油的混合溶劑中,低速攪拌均勻,攪拌狀態(tài)下加入步驟1所得的碳納米管分散液,繼續(xù)攪拌均勻,超聲分散10-30min,重復(fù)攪拌10-30min和超聲分散10-30min步驟3-5次,得到混合物A,將聚乙烯顆粒和助劑溶于石蠟油中,低速攪拌均勻,得到混合物B;
步驟3:將兩種混合物放入雙螺桿擠出機中分別進入復(fù)合狹縫模頭模內(nèi)匯合共擠出,經(jīng)拋光冷壓定型得到復(fù)合膠凍膜;
步驟4:將復(fù)合膠凍膜進行同步或分步雙向拉伸,然后用氯仿溶劑萃取后干燥、熱定型,即獲得所述耐熱多孔隔離膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種耐熱多孔隔離膜的制備,其特征在于,超聲頻率為35-
45kHz,干燥溫度為75-80℃,熱定型時間為60-180s,步驟3中將兩種混合物分別進入復(fù)合狹縫模頭模內(nèi)匯合共擠出時,所述聚乙烯層在兩層生物基聚酰亞胺復(fù)合層之間,由于聚乙烯和生物基聚酰亞胺樹脂的相容性成為多層復(fù)合膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種耐熱多孔隔離膜的制備,其特征在于,所述生物基聚酰亞胺樹脂的制備方法包括以下步驟:
步驟1:將2-2-雙(4-基苯基)丙烷、Priamine1047溶于無間甲基苯酚中,放入連續(xù)攪拌反應(yīng)釜中,攪拌狀態(tài)下加入4,4’-(異丙烷)二酞酸酐,100-120℃反應(yīng)8-10h;
步驟2:在反應(yīng)釜中加入4-氨基苯甲酸的間-二氯代苯溶液,繼續(xù)反應(yīng)12-14h,然后升溫至200℃反應(yīng)12h后得到產(chǎn)物;
步驟3:將步驟2所得的產(chǎn)物放于甲醇中沉淀、過濾,而后溶解于N,N-二甲基乙酰胺中,如此反復(fù)沉淀溶解3-5次,將最后得到的固體于80℃真空烘箱中干燥24h得到粉末狀產(chǎn)物。
7.一種應(yīng)用權(quán)利要求1至3任一項所述耐熱多孔隔離膜的鋰離子電池,其特征在于,所述鋰離子電池包括正極、負極、電解質(zhì)和如權(quán)利要求1至3任一項所述的耐熱多孔隔離膜。

說明書全文

一種耐熱多孔隔離膜及其制備及應(yīng)用

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及膜材料技術(shù)領(lǐng)域,更具體地,涉及一種耐熱多孔隔離膜及其制備及應(yīng)用。

背景技術(shù)

[0002] 在鋰電池的結(jié)構(gòu)中,隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一,對于鋰離子電池,由于電解液為有機溶劑體系,因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料,在電池的充放電過程中,電子的傳輸和內(nèi)部的放熱過程,需要一種耐熱的具有一定孔隙率的膜材。
[0003] 聚酰亞胺的性質(zhì)穩(wěn)定,具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、耐化學(xué)腐蝕性、機械性能和化學(xué)絕緣性,不需要加入阻燃劑就可以阻止燃燒,廣泛用作計算機和電氣、電子儀器元件材料和鋰離子電池中,聚酰亞胺在鋰離子電池中有著非常重要的用途,常用作隔膜,即使在高溫環(huán)境下也不會發(fā)生收縮導(dǎo)致正負極接觸而發(fā)生短路,提高了電池的安全性,但同時也存在電池內(nèi)部溫度過高而產(chǎn)生失控的情況,而且聚酰亞胺溶解性差,吸液性和孔隙率都不夠理想,因此我們對聚酰亞胺進行有機或者無機的改性,以達到我們期待的結(jié)果。
[0004] 將聚酰亞胺膜制成多孔結(jié)構(gòu)能顯著提高膜的孔隙率、吸液性和保液性,同時保留聚酰亞胺的優(yōu)異化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,但是通常制成的多孔孔徑常達到4-5um,嚴(yán)重影響了應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

[0005] 鑒于現(xiàn)有技術(shù)情況,為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提供了一種耐熱多孔隔離膜及其制備及應(yīng)用,采用如下技術(shù)方案。
[0006] 一種耐熱多孔隔離膜,包括生物基聚酰亞胺復(fù)合膜和設(shè)于兩層所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜之間的聚乙烯膜,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜包括生物基聚酰亞胺樹脂納米管,所述碳納米管均勻分布在所述生物基聚酰亞胺樹脂中,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜整體呈蜂窩孔狀結(jié)構(gòu)。
[0007] 優(yōu)選的,所述耐熱多孔隔膜厚度為10-30um,兩側(cè)的生物基聚酰亞胺復(fù)合膜厚度相同,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜與所述聚乙烯膜的厚度比為1:0.8-1.2。
[0008] 優(yōu)選的,所述耐熱多孔隔離膜包括以下組分制備而成,以下組分按重量計算:
[0009] 生物基聚酰亞胺樹脂???????????????10-20份
[0010] 碳納米管?????????????????????????0.2-0.5份
[0011] 聚乙烯???????????????????????????5-10份
[0012] 一種如上所述的耐熱多孔隔離膜的制備方法,包括以下步驟:
[0013] 步驟1:將碳納米管溶于氯仿中,超聲分散不少于30min;
[0014] 步驟2:將生物基聚酰亞胺樹脂和助劑溶于氯仿和石蠟油的混合溶劑中,低速攪拌均勻,攪拌狀態(tài)下加入步驟1所得的碳納米管分散液,繼續(xù)攪拌均勻,超聲分散10-30min,重復(fù)攪拌10-30min和超聲分散10-30min步驟3-5次,得到混合物A,將聚乙烯顆粒和助劑溶于石蠟油中,低速攪拌均勻,得到混合物B;
[0015] 步驟3:將兩種混合物放入雙螺桿擠出機中分別進入復(fù)合狹縫模頭模內(nèi)匯合共擠出,經(jīng)拋光冷壓定型得到復(fù)合膠凍膜;
[0016] 步驟4:將復(fù)合膠凍膜進行同步或分步雙向拉伸,然后用氯仿溶劑萃取后干燥、熱定型,即獲得所述耐熱多孔隔離膜。
[0017] 優(yōu)選的,在制備過程中:
[0018] 干燥溫度為75-80℃,熱定型時間為60-180s,超聲頻率為35-45kHz;
[0019] 步驟3中將兩種混合物分別進入復(fù)合狹縫模頭模內(nèi)匯合共擠出時,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合層在聚乙烯層的兩面表層,由于聚乙烯和生物基聚酰亞胺樹脂的相容性成為多層復(fù)合膜。
[0020] 優(yōu)選的,所述生物基聚酰亞胺樹脂的制備方法包括以下步驟:
[0021] 步驟1:將2-2-雙(4-基苯基)丙烷、Priamine1047溶于無間甲基苯酚中,放入連續(xù)攪拌反應(yīng)釜中,攪拌狀態(tài)下加入4,4’-(異丙烷)二酞酸酐,100-120℃反應(yīng)8-10h;
[0022] 步驟2:在反應(yīng)釜中加入4-氨基苯甲酸的間-二氯代苯溶液,繼續(xù)反應(yīng)12-14h,然后升溫至200℃反應(yīng)12h后得到產(chǎn)物;
[0023] 步驟3:將步驟2所得的產(chǎn)物放于甲醇中沉淀、過濾,而后溶解于N,N-二甲基乙酰胺中,如此反復(fù)沉淀溶解3-5次,將最后得到的固體于80℃真空烘箱中干燥24h得到粉末狀產(chǎn)物。
[0024] 一種應(yīng)用上述耐熱多孔隔離膜的鋰離子電池,其特征在于,所述鋰離子電池包括正極、負極、電解質(zhì)和上述的耐熱多孔隔離膜。
[0025] 綜上所述,本發(fā)明具有以下有益效果:
[0026] 1、本發(fā)明用碳納米管分散在膜材中,由于碳納米管表面的大量缺陷,有利于電子傳導(dǎo),提高了電子傳輸?shù)男省?/div>
[0027] 2、本發(fā)明在膜的萃取、干燥、熱定型過程中,碳納米管的空間結(jié)構(gòu)緩解了空隙形成時的內(nèi)部壓,使得孔的直徑更小,碳納米管提供的內(nèi)部表面,使得更多的孔沿表面分布,因而孔隙率更高。
[0028] 3、本發(fā)明使用生物基聚酰亞胺樹脂,生物基作為一種柔性的脂肪鏈,使得生物基聚酰亞胺樹脂的結(jié)構(gòu)不對稱性更強,彼此之間作用力變小,更易于形成多孔結(jié)構(gòu),生物基作為一種可再生綠色材料,能降低膜材的制造成本,具有很好的經(jīng)濟效益和適用性。
[0029] 4、本發(fā)明的制備過程中,重復(fù)攪拌和超聲分散過程,因為碳納米管彼此之間具有很強的粘性,常聚集成團,影響膜的均質(zhì)性,聲波能使碳納米管分散均勻,加強膜的性能。
[0030] 5、本發(fā)明在兩層生物基聚酰亞胺復(fù)合膜之間加入聚乙烯膜,聚乙烯膜的熔點低,在較高溫度時,聚乙烯膜就熔融發(fā)生空隙閉合,切斷電路,而此時生物基聚酰亞胺復(fù)合膜仍具有耐熱性和和機械強度,不會發(fā)生收縮,阻止了正負極的短路,提高了電池的安全性。

具體實施方式

[0031] 下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細介紹,但本具體實施例僅是對本發(fā)明的解釋,其并不是對本發(fā)明的限制,本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)需要對本實施例作出沒有創(chuàng)造性的修改,但只要在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi),都受到專利法的保護。
[0032] 實施例:
[0033] 一種耐熱多孔隔離膜,包括生物基聚酰亞胺復(fù)合膜和設(shè)于兩層所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜之間的聚乙烯膜,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜包括生物基聚酰亞胺樹脂和碳納米管,所述碳納米管均勻分布在所述生物基聚酰亞胺樹脂中,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜整體呈蜂窩孔狀結(jié)構(gòu)。
[0034] 所述耐熱多孔隔膜厚度為10-30um,兩側(cè)的生物基聚酰亞胺復(fù)合膜厚度相同,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合膜與所述聚乙烯膜的厚度比為1:0.8-1.2。
[0035] 所述耐熱多孔隔離膜包括生物基聚酰亞胺樹脂、碳納米管和聚乙烯制備而成。
[0036] 一種如上所述的耐熱多孔隔離膜的制備方法,包括以下步驟:
[0037] 步驟1:將碳納米管溶于氯仿中,超聲分散不少于30min;
[0038] 步驟2:將生物基聚酰亞胺樹脂和助劑溶于氯仿和石蠟油的混合溶劑中,低速攪拌均勻,攪拌狀態(tài)下加入步驟1所得的碳納米管分散液,繼續(xù)攪拌均勻,超聲分散10-30min,重復(fù)攪拌10-30min和超聲分散10-30min步驟3-5次,得到混合物A,將聚乙烯顆粒和助劑溶于石蠟油中,低速攪拌均勻,得到混合物B;
[0039] 步驟3:將兩種混合物放入雙螺桿擠出機中分別進入復(fù)合狹縫模頭模內(nèi)匯合共擠出,經(jīng)拋光冷壓定型得到復(fù)合膠凍膜;
[0040] 步驟4:將復(fù)合膠凍膜進行同步或分步雙向拉伸,然后用氯仿溶劑萃取后干燥、熱定型,即獲得所述耐熱多孔隔離膜。
[0041] 其中,在制備過程中:
[0042] 干燥溫度為75-80℃,熱定型時間為60-180s,超聲頻率為35-45kHz;
[0043] 步驟3中將兩種混合物分別進入復(fù)合狹縫模頭模內(nèi)匯合共擠出時,所述生物基聚酰亞胺復(fù)合層在聚乙烯層的兩面表層,由于聚乙烯和生物基聚酰亞胺樹脂的相容性成為多層復(fù)合膜。
[0044] 所述生物基聚酰亞胺樹脂的制備方法包括以下步驟:
[0045] 步驟1:將2-2-雙(4-氨基苯基)丙烷、Priamine1047溶于無水間甲基苯酚中,放入連續(xù)攪拌反應(yīng)釜中,攪拌狀態(tài)下加入4,4’-(異丙烷)二酞酸酐,100-120℃反應(yīng)8-10h;
[0046] 步驟2:在反應(yīng)釜中加入4-氨基苯甲酸的間-二氯代苯溶液,繼續(xù)反應(yīng)12-14h,然后升溫至200℃反應(yīng)12h后得到產(chǎn)物;
[0047] 步驟3:將步驟2所得的產(chǎn)物放于甲醇中沉淀、過濾,而后溶解于N,N-二甲基乙酰胺中,如此反復(fù)沉淀溶解3-5次,將最后得到的固體于80℃真空烘箱中干燥24h得到粉末狀產(chǎn)物。
[0048] 一種應(yīng)用上述耐熱多孔隔離膜的鋰離子電池,其特征在于,所述鋰離子電池包括正極、負極、電解質(zhì)和上述的耐熱多孔隔離膜。
[0049] 在上述制備過程的反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間范圍內(nèi),反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間的變化對本發(fā)明的技術(shù)效果無影響。
[0050] 實施例1-實施例5中各物質(zhì)組分相同,但各物質(zhì)含量不同,詳見下圖表1所示,下表1為實施例1-實施例5中耐熱多孔隔離膜的各組分含量。
[0051] 表1:實施例1-實施例5耐熱多孔隔離膜的各組分含量
[0052]
[0053] 對實施例1-實施例5所得的耐熱多孔隔離膜進行厚度、厚度比、孔隙率、平均孔徑、閉孔溫度和破膜溫度的檢測,結(jié)果如表2所示:
[0054] 表2:實施例1-實施例5耐熱多孔隔離膜的性能檢測
[0055]
[0056] 本發(fā)明所提供的耐熱多孔隔離膜選用經(jīng)濟綠色的原料,含有植物油來源的生物基,復(fù)合了碳納米管材料,并且簡化了制備工藝,制得的耐熱多孔隔離膜適用于鋰離子電池領(lǐng)域,作為鋰離子電池的隔膜,具有孔隙率高,孔徑小而均勻的特點,內(nèi)部含有的碳納米管有利于電子傳輸,使得鋰離子電池隔膜具有低閉孔溫度和高的破膜溫度,不僅提高了鋰離子電池的性能,同時也提高了電池的安全性。
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