聚酰亚胺在锂电池隔膜领域的研究进展

传统的聚烯烃隔膜在电池过充或使用不当的情况下，电池内部或外部过热使得电池温度超过160℃时，聚烯烃隔膜会收缩或熔断，导致电池的正负电极接触而短路，存在引起电池燃烧或爆炸的危险，严重威胁着使用者的生命安全。

因此，动力锂电池要求其使用的隔膜除了具有普通隔膜的基本性能外，还应具有更优异的耐高温性能，很多动力锂电池厂家要求隔膜具有150℃的高温热收缩性能。常规聚烯烃隔膜中，聚乙烯隔膜的熔点为130℃，超过熔点，隔膜则会熔断；而聚丙烯的熔点为163℃，当温度达到150℃时，隔膜将收缩30%以上。因此，传统的聚烯烃隔膜无法满足动力锂电池的要求，且传统的聚烯烃隔膜吸液、保液性差，增加了电池的内阻。

 聚酰亚胺（PI）拥有良好的热稳定性、化学稳定性和突出的力学性能，其长期使用温度可高达300℃，是现今综合性能最好的薄膜类绝缘材料。与聚烯烃隔膜相比，PI因具有极性基团而具有较好的锂离子电解液亲和性，因此被视为下一代锂离子电池隔膜材料。

聚酰亚胺在隔膜材料中的应用 

 聚酰亚胺PI在电池隔膜中的应用方式主要有两种，一种是利用PI对其他基材的隔膜进行改性制备复合隔膜，提高基材隔膜的热稳定性，另一种是单独使用PI制备PI隔膜，下面分别介绍这两种方法在隔膜领域的研究情况。 

PI改性复合隔膜 

 聚酰亚胺溶液表面改性复合膜 

在以聚酰亚胺溶液对热尺寸稳定性较差的隔膜进行表面改性时，聚酰亚胺与这类隔膜的复合方式包括涂覆、静电纺丝等。聚酰亚胺的引入形式可以是聚酰胺酸或聚酰亚胺，因聚酰亚胺需要在高温下进行亚胺化，故其引入方式需依据所复合的隔膜的热稳定性而定。

聚酰亚胺多孔膜改性复合膜 

采用聚酰亚胺改善热尺寸稳定性较差的基材隔膜时，还可以采用聚酰亚胺多孔膜的改性方式。该复合隔膜的孔径为60～250nm，孔隙率为30%～60%，在500次充放电循环后，剩余电量为87%～90%，且将充电后的电池置于400℃的烘箱中处理30min，无爆炸现象发生。

 PI单层隔膜 

PI除了被用于改性热稳定性较差的聚烯烃隔膜外，也可单独用于制备锂离子电池隔膜，在多种PI隔膜的制备方法中，以静电纺丝法、模板法、相转化法研究较多。

静电纺丝法 

 静电纺丝是通过高压电场作用，使高聚物溶液或熔体在电场力的作用下，在毛细管Taylor锥顶被拉伸成超细纤维的一种新型技术。

模板法 

模板法是以具有一定结构尺寸且与聚酰胺酸不相容的致孔剂为模板，将聚酰胺酸与致孔剂混合后，经亚胺化后得到致孔剂/聚酰亚胺复合膜，再用模板脱除剂除去致孔剂制备PI多孔膜的方法。

相转换法 

相转化法是指将一定组成的聚合物溶液，通过物理方法改变溶液的热力学状态，使均相的聚合物溶液发生相分离，最终转变为三维大分子网络式的凝胶结构。

随着电子信息和新能源产业的发展，对锂离子电池尤其是新能源汽车用动力电池的安全性提出了更高的要求。因此对动力锂电池隔膜的耐高温性能要求也相应提高，很多动力锂电池厂家要求隔膜具有150℃的高温热收缩性能。PI隔膜因具有出色的热稳定性和较好的电解液吸液保液性而被视为重点开发的下一代隔膜材料，为动力电池提供更好的安全保障。