改善的聚酰亞胺納米纖維網的制作方法
【專利摘要】本發明提供了納米纖維網，其包括多根納米纖維，其中所述納米纖維包含全芳族聚酰亞胺，所述全芳族聚酰亞胺的特征在于具有結晶度指數(CI)和酰亞胺化度(DOI)。所述DOI與所述CI的乘積介于0.08和0.25之間或高于下限，從而獲得了所需的拉伸強度和/或韌性。例如，所述納米纖維網可具有每單位基重大于15kg/cm2每克每平方米單位基重的拉伸強度。
【專利說明】改善的聚酰亞胺納米纖維網
【技術領域】
[0001]本發明涉及具有比其先前更高的拉伸強度和韌性的納米纖維網的制造。
【背景技術】
[0002]現代儲能裝置的一個重要的實際方面為不斷增加的能量密度和功率密度。安全性已被發現為主要問題。目前具有廣泛商業用途的鋰離子電池屬于常用的最高能量密度電池且需要多級安全裝置，包括外部保險絲和溫度傳感器，所述安全裝置在過熱情況下在短路之前切斷電池，所述短路可由于電池隔板的機械故障而發生。萬一由于隔板的機械故障或熱故障發生短路，鋰離子(Li離子)電池也會爆炸和著火。
[0003]已努力由亞微米纖維來產生電池隔板，所述纖維將強度與良好的電性能相結合，例如日本專利申請N0.2003-178406(公布為JP (Kokai) 2005-19026)。所述‘406專利申請公開了具有高拉伸強度的聚酰亞胺隔板。但是，高拉伸強度纖維可能傾向于具有低韌性并且易于斷裂或破碎，這可在電池中導致短路。拉伸強度和韌性(其為破壞纖維網或膜所需的能量的量度)并不一定相互關聯，并且有可能產生不具備形成電化學電池或作為電化學電池發揮功能的能力的高拉伸強度纖維網。因此，存在著對于鋰和鋰離子電池的需求，其通過將良好的電化學性能與良好的機械方面(諸如拉伸強度和韌性)相結合的材料制備而成。
【發明內容】
[0004]本發明涉及適合作為電池隔板使用的納米纖維網，其中所述納米纖維網包括多根聚酰亞胺納米纖維并且具有至少15kg/Cm2/gsm基重的拉伸強度，所述聚酰亞胺還具有結晶度指數(Cl)和酰亞胺化度(DOI)，使得Cl與DOI的乘積為至少0.098，其對應于納米纖維網的至少0.9kg/cm2/gsm基重的最低韌性。
[0005]本發明還涉及包括多根納米纖維的納米纖維網，其中所述納米纖維包含聚酰亞胺，其特征在于具有結晶度指數(Cl)和酰亞胺化度(DOI)，其中所述DOI與所述Cl的乘積是介于限度之間的值，所述限度對應于每單位gsm基重限度大于或等于1.0kg/cm2每克每平方米單位基重的納米纖維網的韌性。
[0006]在一個實施例中，所述聚酰亞胺可以是全芳族聚酰亞胺并且還可包含衍生自如下化合物的單體單元，所述化合物選自ODA、RODA, PDA、TD1、MD1、BTDA、PMDA, BPDA以及前述化合物的任意組合。當所述聚酰亞胺包含單體單元PMDA和ODA或者BPDA和RODA時，DOI與Cl的乘積可能大于0.08。
[0007]全芳族聚酰亞胺的特征還可在于具有結晶度指數(Cl)和酰亞胺化度(DOI)，其中所述DOI與所述Cl的乘積為介于0.08和0.25之間，或甚至高于0.1，或介于0.1和0.25之間。
[0008]所述納米纖維網可具有大于約15kg/cm2每克每平方米單位基重的每單位基重拉伸強度。[0009]本發明還涉及包括多根納米纖維的納米纖維網，其中所述納米纖維包含聚酰亞胺，所述聚酰亞胺的特征在于具有大于8kg/cm2或15kg/cm2或甚至大于25kg/cm2每克每平方米單位基重的每單位基重拉伸強度。在另一個實施例中，所述納米纖維網具有每單位基重大于約0.5kg/cm2每克每平方米單位基重的韌性。
[0010]在另外的實施例中，所述聚酰亞胺可具有介于0.08和0.25之間的DOI與Cl的乘積。
[0011]本發明還涉及多層制品，其包括根據上文描述的納米纖維網作為一層。所述多層制品還可涉及包括隔板的電化學電池，所述隔板進一步包括根據上文描述的納米纖維網。
[0012]本發明還涉及包括多根納米纖維的納米纖維網，其中所述納米纖維包含全芳族聚酰亞胺，其通過如下定義的單體PMDA和ODA制備，特征在于具有結晶度指數(Cl)和酰亞胺化度(DOI)，其中所述DOI與所述Cl的乘積介于為0.08和0.25之間，并且其中所述納米纖維網具有每單位基重大于8kg/cm2或15kg/cm2或甚至大于25kg/cm2每克每平方米單位基重的拉伸強度，或者所述納米纖維網具有每單位基重大于約0.5kg/cm2每克每平方米單位基重的韌性，并且其中所述納米纖維網通過包括以下步驟的方法制備:(i)由聚酰胺酸制備納米纖維網，(ii)壓延所述聚酰胺酸的納米纖維網，以及(iii)在烘箱中加熱所述經壓延的聚酰胺酸納米纖維網至少5秒鐘，所述烘箱的內部保持在介于200和500°C之間的溫度。聚酰胺酸的納米纖維網還可在壓延前進行加熱。
[0013]在另一個實施例中，本發明還涉及包括多根納米纖維的納米纖維網，其中所述納米纖維包含全芳族聚酰亞胺，其通過如下定義的單體PMDA和ODA制備，并且特征在于具有結晶度指數(Cl)和酰亞胺化度(DOI)，所述DOI與所述Cl的乘積介于0.08和0.25之間，并且其中所述納米纖維網具有每單位基重大于8kg/cm2或15kg/cm2或甚至大于25kg/cm2每克每平方米單位基重的拉伸強度，或者所述納米纖維網具有每單位基重大于約0.5kg/cm2每克每平方米單位基重的韌性，并且其中所述納米纖維網通過包括以下步驟的方法制備；(i)由聚酰胺酸制備納米纖維網，(ii)在烘箱中加熱所述經壓延的聚酰胺酸納米纖維網至少5秒鐘，所述烘箱的內部保持在介于200和500°C之間的溫度，以及(iii)壓延所述經過加熱的聚酰胺酸的納米纖維網。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]針對根據本發明的多個實施例制備的樣品，圖1示出每克每平方米單位基重的拉伸強度vs酰亞胺化度乘以結晶度指數。
[0015]針對根據本發明的多個實施例制備的樣品，圖2示出每克每平方米單位基重的韌性模量vs酰亞胺化度乘以結晶度指數。
【具體實施方式】
[0016] 申請人:特別將所有引用的參考文獻的完整內容引入本公開內容中。此外，當數量、濃度或其他數值或參數以范圍、優選范圍或優選上限數值和優選下限數值的列表形式給出時，其應理解為具體地公開由任何范圍上限或優選數值和任何范圍下限或優選數值的任何一對所構成的所有范圍，而無論所述范圍是否被單獨地公開。凡在本文中給出某一數值范圍之處，該范圍都意在包括其端點，以及位于該范圍內的所有整數和分數，除非另行指出。不旨在將本發明的范圍限制為限定范圍時詳述的具體值。
[0017]出于本發明的目的，將采用與聚酰亞胺領域中的實施一致的表1中所示的縮寫和
命名:
[0018]
【權利要求】
1.納米纖維網，包括多根納米纖維，其中所述納米纖維包含聚酰亞胺，并且所述納米纖維網具有每單位gsm基重限度(limit)大于或等于1.0kg/cm2每克每平方米單位基重的韌性。
2.根據權利要求1所述的納米纖維網，其中所述聚酰亞胺的特征在于具有結晶度指數(Cl)和酰亞胺化度(DOI)，其中所述DOI與所述Cl的乘積為介于兩個值之間的值，所述兩個值對應于每單位gsm基重限度大于或等于1.0kg/cm2每克每平方米單位基重的納米纖維網韌性。
3.根據權利要求1所述的納米纖維網，其中所述聚酰亞胺為全芳族聚酰亞胺。
4.根據權利要求3所述的納米纖維網，其中所述聚酰亞胺包含衍生自如下化合物的單體單元，所述化合物選自ODA、RODA, PDA、TD1、MD1、BTDA, PMDA, BPDA以及前述化合物的任意組合。
5.根據權利要求4所述的納米纖維網，其中所述聚酰亞胺包含單體單元PMDA和ODA或者BPDA和R0DA，并且所述DOI與所述Cl的乘積大于0.08。
6.根據權利要求5所述的納米纖維網，其中所述納米纖維包含聚酰亞胺，所述聚酰亞胺的特征在于具有結晶度指數(Cl)和酰亞胺化度(DOI)，其中所述DOI與所述Cl的乘積介于0.08和0.25之間。
7.根據權利要求5所述的納米纖維網，其中所述DOI與所述Cl的乘積高于0.1。
8.根據權利要求1所述的納米纖維網，其中所述納米纖維網具有每單位基重大于約15kg/cm2每克每平方米單位基重的拉伸強度。
9.多層制品，其中至少一層包括權利要求1所述的納米纖維網。
10.電化學電池，其包括權利要求1所述的納米纖維網。
11.納米纖維網，其包括多根納米纖維，其中所述納米纖維包含全芳族聚酰亞胺，所述全芳族聚酰亞胺的特征在于具有結晶度指數(Cl)和酰亞胺化度(DOI)，并且其中所述納米纖維網具有每單位基重大于lkg/cm2每克每平方米單位基重的韌性，并且其中所述納米纖維網通過包括以下步驟的方法制備:(i)由聚酰胺酸制備納米纖維網，(ii)壓延所述聚酰胺酸的納米纖維網，以及(iii)在烘箱中加熱所述聚酰胺酸至少5秒鐘，所述烘箱的內部保持在介于200和500°C之間的溫度。
12.納米纖維網，其包括多根納米纖維，其中所述納米纖維包含全芳族聚酰亞胺，所述全芳族聚酰亞胺的特征在于具有結晶度指數(Cl)和酰亞胺化度(DOI)，并且其中所述納米纖維網具有每單位基重大于lkg/cm2每克每平方米單位基重的韌性，并且其中所述納米纖維網通過包括以下步驟的方法制備:(i)由聚酰胺酸制備納米纖維網，(ii)在烘箱中加熱所述聚酰胺酸納米纖維網至少5秒鐘，所述烘箱的內部保持在介于200和500°C之間的溫度，以及(iii)壓延所述經過加熱的聚酰胺酸的納米纖維網。
13.納米纖維網，其包括多根聚酰亞胺納米纖維，所述聚酰亞胺納米纖維具有至少15kg/Cm2/gsm基重的拉伸強度，所述聚酰亞胺還具有結晶度指數(Cl)和酰亞胺化度(DOI)，使得Cl與DOI的乘積為至少0.098，其對應于所述納米纖維網的至少0.9kg/cm2/gsm基重的最小韌性。
【文檔編號】H01M2/16GK103797612SQ201280031542
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年6月27日 優先權日:2011年6月29日
【發明者】T.J.登內斯, G.E.西蒙德斯, P.阿羅拉, N.V.列維特 申請人:納幕爾杜邦公司