一种在聚酰亚胺纳米纤维膜表面包覆勃姆石陶瓷层的方法技术

一种在表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜，其制备方法包括，首先通过静电纺丝法制备聚酰胺酸纳米纤维膜并热亚胺化得到聚酰亚胺纳米纤维膜；然后将聚酰亚胺纳米纤维膜先后浸入氢氧化钾溶液和稀醋酸溶液中进行碱解开环和酸化，再将其浸入氨水中进行季铵化，再浸入铝盐溶液中进行原位络合和吸附水解，最终经过热处理得到表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜。本发明专利技术所述方法实施过程简单、包覆效率高、过程绿色无污染，有利于扩大生产。大生产。大生产。

【技术实现步骤摘要】
19
°
；
[0008]进一步地，所述同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜的孔隙率为61-88％，优选63-86％；
[0009]进一步地，所述同轴包覆勃姆石的聚酰亚胺纳米纤维膜的0.02N下热形变温度为275-325℃，优选278-319℃。
[0010]一种在聚酰亚胺纳米纤维膜表面包覆勃姆石陶瓷层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0011]A:配置0.05-1.5mol/L的铝盐水溶液；
[0012]B:采用静电纺丝法将固含量为8-12％的聚酰胺酸溶液制成聚酰胺酸纳米纤维膜，并进行热处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜；
[0013]C：将步骤B制备的聚酰亚胺纳米纤维膜在0.2-6mol/L的碱溶液中处理，获得表面碱解开环的聚酰亚胺纳米纤维膜；
[0014]D：将经过C步骤处理得到的聚酰亚胺纳米纤维膜置于质量分数为0.3-25％酸溶液中酸化，得到表面含有羧基活性官能团的聚酰亚胺纳米纤维膜；
[0015]E:将经过D步骤处理得到的表面含有羧基活性官能团的聚酰亚胺纳米纤维膜浸泡在0.005-0.6mol/L的稀氨水溶液中处理，得到表面季铵化的聚酰亚胺纳米纤维膜；
[0016]F：将经过E步骤处理得到的表面季铵化的聚酰亚胺纳米纤维膜置于步骤A配制的铝盐水溶液中浸泡；
[0017]G:将步骤F中得到的纳米纤维膜进行热处理，得到表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜。
[0018]步骤A中的铝盐为无水氯化铝、硝酸铝、硫酸铝中的一种或几种，铝盐水溶液的浓度优选为0.1-1mol/L。
[0019]其中，步骤B中聚酰胺酸由任意一种二元酸酐和二元胺经过溶液缩合聚合制得，其中二元酸酐和二元胺优选为均苯四甲酸二酐/4,4
’-
二氨基二苯醚(PMDA/ODA)、3,3
’
,4,4
’-
二苯酮四酸二酐/4,4
’-
二氨基二苯醚(BTDA/ODA)、六氟二酐/4,4
’-
二氨基二苯醚(6FDA/ODA)、3,3
’
,4,4
’-
联苯四甲酸/4,4
’-
二氨基二苯醚(BPDA/ODA)、4,4
’-
联苯醚二酐/4,4
’-
二氨基二苯醚(ODPA/ODA)。所述热处理的条件为：温度为290-350℃，优选300-330℃，保温1-5h，优选1.5-3.5h
[0020]步骤C中所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或几种，碱的浓度优选为0.5-5mol/L，纳米纤维膜在碱中的处理时间为20s-6min，优选30s-5min。进一步地，碱处理后用去离子水清洗至中性。碱溶液与步骤B制备的聚酰亚胺纳米纤维膜的质量比为大于10：1，优选为20：1-105：1。
[0021]步骤D中所述的酸为醋酸、硫酸、硝酸、盐酸中的一种或几种，酸的质量分数优选为0.5-20％，纳米纤维膜在酸溶液中的酸化时间为0.5-5h，优选1-4h。进一步地，酸化后用去离子水清洗至中性。酸溶液与步骤C处理得到的聚酰亚胺纳米纤维膜的质量为大于10：1，优选为20：1-104：1。
[0022]步骤E中所述的稀氨水浓度优选为0.01-0.5mol/L，纳米纤维膜在氨水中的处理时间为0.5-4h，优选1-3h。稀氨水的处理使纳米纤维表面的羧基发生季铵化；进一步地，优选处理后去离子水超声清洗10-60min，优选20-50min。稀氨水溶液与步骤D处理得到的表面含
有羧基活性官能团的聚酰亚胺纳米纤维膜与稀氨水溶液的质量比为大于10：1，优选为20：1-105：1。
[0023]步F中所述的纳米纤维膜在铝盐水溶液中的浸泡时间为20min-5h，优选30min-4h。浸泡使得溶液中的铝离子在纳米纤维表面发生吸附络合与原位水解沉积。进一步地，优选浸泡后去离子水超声清洗10-60min，优选20-50min。铝盐水溶液与所述表面季铵化的聚酰亚胺纳米纤维膜与铝盐水溶液的质量比为大于10：1，优选为20：1-105：1。
[0024]其中，步骤G中所述热处理的条件为：温度290-350℃，优选300-330℃，保温1-5h，优选1.5-3.5h。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下优良效果：
[0026]1.本专利技术中勃姆石前驱体的吸附络合以及水解沉积在一步操作内完成，利于保持隔膜均匀性，操作较为简便，浸泡处理过程中所用的溶液均为水溶液，不使用有机溶剂，对环境不会造成污染，有利于扩大生产。
[0027]2.本专利技术制得的的表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜可以实现勃姆石陶瓷层在聚酰亚胺纳米纤维表面的同轴包覆，
[0028]具有较高的电解液浸润性和热稳定性。
[0029]3.与涂覆改性方法相比，本专利技术制备的复合隔膜中无机层均匀包覆在纤维的表面，无机层厚度较薄，大大降低了隔膜的质量和厚度，有利于提高电池的能量密度。
附图说明
[0030]图1是按照实施例1制备的表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜的扫描电镜图，放大倍数5000倍。
[0031]图2是按照实施例2制备的表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜的扫描电镜图，放大倍数5000倍。
[0032]图3是按照实施例3制备的表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜的扫描电镜图，放大倍数5000倍。
[0033]图4是按照实施例4制备的表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜的扫描电镜图，放大倍数5000倍。
[0034]图5是按照实施例5制备的表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜的扫描电镜图，放大倍数5000倍。
[0035]图6是按照实施例5制备的表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜的断面扫描电镜图，放大倍数50000倍。
具体实施方式
[0036]下面结合具体实施例，进一步阐述专利技术。应该说明的是：以下实施例仅用以说明本专利技术而并非限制本专利技术所描述的技术方案。因此，尽管本说明书参照下述的实施例对本专利技术已进行了详细的说明，但是，本领域的技术人员应当理解，仍然可以对本专利技术进行修改或等同替换；而一切不脱离本专利技术的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本专利技术的权利要求范围当中。
[0037]实施例1
[0038](1)量取4.17g无水氯化铝缓慢加入80ml去离子水中，使其完全溶解制成0.4mol/L无水氯化铝溶液；(2)称取摩尔比为1:1的均苯四甲酸二酐(PMDA)2.0g、4，4
’-
二氨基二苯醚(ODA)1.84g，将ODA全部溶于30ml的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，机械搅拌，待ODA全部溶解于DMF后，在冰水浴的条件下，分批加入PMDA，得到粘度适中的聚酰胺酸溶液后，再机械搅拌2h均化，最后将聚酰胺酸溶液装入20ml的注射器中，应用静电纺丝技术制备出聚酰胺酸纳米纤维膜，静电纺丝过程具体参数为纺丝电压：17kV本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜，其特征在于，其中聚酰亚胺纳米纤维的直径为10-650nm，纳米纤维表面包覆厚度为5-150nm勃姆石陶瓷层。2.权利要求1所述的聚酰亚胺纳米纤维膜，其中，聚酰亚胺纳米纤维的直径为15-600nm，纳米纤维表面包覆厚度为10-140nm勃姆石陶瓷层。3.一种在表面包覆勃姆石陶瓷层的聚酰亚胺纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A:配置0.05-1.5mol/L的铝盐水溶液；B:采用静电纺丝法将固含量为8-12％的聚酰胺酸溶液制成聚酰胺酸纳米纤维膜，并进行热处理，得到聚酰亚胺纳米纤维膜；C：将步骤B制备的聚酰亚胺纳米纤维膜在0.2-6mol/L的碱溶液中处理，获得表面碱解开环的聚酰亚胺纳米纤维膜；D：将经过C步骤处理得到的聚酰亚胺纳米纤维膜置于质量分数为0.3-25％酸溶液中酸化，得到表面含有羧基活性官能团的聚酰亚胺纳米纤维膜；E:将经过D步骤处理得到的表面含有羧基活性官能团的聚酰亚胺纳米纤维膜浸泡在0.005-0.6mol/L的稀氨水溶液中处理，得到表面季铵化的聚酰亚胺纳米纤维膜；F：将经过E步骤处理得到的表面季铵化的聚酰亚胺纳米纤维膜置于步骤A...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐胜利，杨承沅，董南希，田国峰，武德珍，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：