pi膜作为耐高温电池隔膜的重要意义

聚酰亚胺（Polyimide，简写为PI）指主链上含有酰亚胺环（-CO-N-CO-）的一类，是综合技术性能进行最佳的之一。PI 材料研究有望可以代替中国传统聚烯烃产品材料，成为我们一种社会理想隔膜主要材料。

首先，PI 材料具有优异的耐高温性能，长期使用温度可达300 °C，给予隔膜良好的热尺寸稳定性，提高电池高温使用的安全性;

其次，PI的分子结构富含极性基团，对电解液的润湿性更好，有助于改善隔膜与电解液的界面性能，提高电池的综合性能。

最后，PI 具有阻燃和自灭性能，提供了更强的安全锂离子电池。

一、PI膜片的成膜方法

传统 PI 材料质量难以溶于大多数学生有机溶剂，且具有一个非常高的熔融温度Tm和玻璃化转变工作温度Tg。这种“难溶难熔”的特性可以大大提高限制了PI材料进行加工成膜性。据文献研究报道，目前PI隔膜的制备方式方法分析主要内容包括模板法、相转化法和静电纺丝法。

模板法

在模板法中，首先制备含有致孔剂的PI复合膜，然后通过化学腐蚀、溶剂溶解或煅烧除去致孔剂，得到 PI 多孔膜。常用的致孔剂是金属氧化物、氢氧化物或非金属氧化物。

浸没沉淀法

浸渍沉淀法是将聚酰胺酸(PAA)前体溶液或可溶性PI溶液刮在载体(如玻璃等)上。)并浸入非溶剂中，聚合物在其溶剂/非溶剂混合溶液中用于相分离。除去溶剂后，被非溶剂占据的空间形成孔。通过改变铸膜液配方和工艺条件，可以简单有效地调控多孔膜的孔结构。

静电纺丝法

静电纺丝的基本原理是在聚合物溶液中施加高压静电力，当液体表面的电荷斥力大于其表面张力时，在针尖形成泰勒锥。高速聚合物溶液被拉伸、变形和分裂。随着溶液的挥发，聚合物溶液射流凝固并最终沉积在接收器上形成纳米纤维膜。

静电纺丝技术具有设备简单、适用物质多样、可宏观制备等诸多优点，已成为制备PI膜的有效方法之一。静电纺丝技术制备的纳米纤维膜具有三维网络结构和高孔隙率，为锂离子在其中的快速迁移提供了丰富的通道。与传统无纺布相比，纳米纤维膜的纤维直径更小(从几纳米到几百纳米不等)，孔径更小，有利于缓解电池的自放电现象。

此外，研究者们还探索了其它成膜方法，如接枝或共聚能力不稳定链段法、湿法抄纸技术和辐照可以刻蚀法等。

二、PI 膜片的高性能改性

采用静电纺丝技术制备的 PI 纳米纤维膜具有高孔隙率和良好的电解液浸润性，然而高孔隙率也会带来隔膜力学性能的降低，给电池的组装和使用带来压力。另一方面，PI 纳米纤维膜的大孔径尺寸也带来了电池的自放电问题。鉴于此， 研究人员对 PI 隔膜，特别是PI纳米纤维膜进行了一系列高性能化改性工作。

1. 表面涂覆改性法

表面涂覆改性是指在基膜表面沉积或涂覆一层功能层而实现改性的方法。比如采

用Al2O3 纳米粒子对PI纳米纤维膜进行涂覆改性。Al2O3 纳米粒子表面含有丰富的极性基团，有利于提高PI纳米纤维膜与电解液之间的亲和性，降低电池的界面阻抗。

经过200圈循环后，由Al2O3 涂覆PI纳米纤维膜所组装的电池的界面阻抗为45.8 Ω，低于纯PI纳米纤维膜（51.1Ω）和 PP隔膜（63.4Ω）。在10C的高倍率循环下，其所组装电池的放电容量保持率在78.91%，高于纯PI纳米纤维膜（68.65%）和商业 PP隔膜（18.25%）。

涂覆改性法可以实现隔膜的功能化改性，但仍存在一些缺点：一方面，涂覆层的引入增加了隔膜质量，降低电池的能量密度；其次，涂覆层会带来一定程度的堵孔效应，增加 Li+ 迁移的阻力；最后，当涂覆层与基体之间的相互作用较弱时，增加了界面间阻力，而且长期使用过程中存在脱落的风险。

2. 共混改性法

共混也是一种简单、有效的高性能化改性方法，只需要在成膜前或过程中引入改性剂。

3. 凝胶填充法

凝胶填充法即在 PI 隔膜内部孔隙中注入凝胶聚合物电解质，来改善 PI隔膜的吸液保液能力。比如通过结合PI无纺布和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）的特性优势，利用AMPS的原位聚合产物PAMPS对PI无纺布进行凝胶填充改性。

4. 交联改性法

采用静电纺丝所制备的纳米纤维膜中，由于纤维与纤维之间不存在相互作用，纳米纤维膜的机械强度较低，难以满足电池组装过程对隔膜的张力要求。为提高纳米纤维膜的机械强度，研究者采用热致微交联、溶致微交联、碱液刻蚀和同轴纺丝等手段制备具有交联结构的PI纳米纤维膜。

三、PI 隔膜的产业化现状及展望

由于其优异的耐热性和良好的电解质润湿性，特别是对高温使用安全性的要求，π 材料是目前研究最为广泛的隔膜材料之一。然而，PI 材料的“不溶性和耐火性”限制了其成膜加工性能。

模板法存在成孔剂去除不彻底、亚胺化程度低等问题。然而，PAA 前体与溶剂之间的相互作用很强，分离过程耗时，而且工业应用有限。静电纺纳米纤维膜还存在均匀性差和机械强度低的问题。

此外，纺丝过程对环境发展要求进行较为苛刻。因此，要提高 PI 隔膜的产业化进程，除了我们需要一个重点企业研发 PI 分子结构系统设计及改性机理外，PI 隔膜的成膜制备技术能力以及相关配套生产管理设备和工艺研究方面也需要不断加大研发投入力度。其次， 扩大原料产能、优化工艺流程、提高自己加工工作效率等方式可以降低 PI 隔膜的生产经营成本，也是为了实现 PI 隔膜的快速推广与应用的关键问题。