采用原位成孔法制备热闭孔特性的高强度聚酰亚胺多孔薄膜

柏雨婷 严岑琪 李祯 秦家强 程沛

引用本文: 柏雨婷, 严岑琪, 李祯, 秦家强, 程沛. 采用原位成孔法制备热闭孔特性的高强度聚酰亚胺多孔薄膜[J]. 物理化学学报, 2024, 40(9): 230601. doi: 10.3866/PKU.WHXB202306010 shu
Citation:  Yuting Bai,  Cenqi Yan,  Zhen Li,  Jiaqiang Qin,  Pei Cheng. Preparation of High-Strength Polyimide Porous Films with Thermally Closed Pore Property by In Situ Pore Formation Method[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(9): 230601. doi: 10.3866/PKU.WHXB202306010 shu

采用原位成孔法制备热闭孔特性的高强度聚酰亚胺多孔薄膜

    通讯作者: 李祯,Email:729431051@qq.com; 秦家强,Email:jqqin@scu.edu.cn; 程沛,Email:chengpei@scu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(51873127)资助项目

摘要: 提高电池隔膜的热稳定性、化学稳定性和力学强度,可以避免电池发生热失控等安全事故,对于提高电池的安全性能具有至关重要的作用。聚酰亚胺(Polyimide,PI)热稳定性优异、化学稳定性好、力学强度高,是电池隔膜材料的理想选择之一。本文研究了一种具有高温自闭孔性质的热塑性PI多孔薄膜的制备方法,通过将聚酰胺酸与有机碱三乙胺(Triethylamine,TEA)成盐,经热酰亚胺化后释放出TEA,原位成孔制备出具有高强度的PI多孔薄膜。通过红外,扫描电镜,力学性能表征等手段研究了PI多孔薄膜的成孔机理,微观形貌及影响因素,受热自闭孔历程,构效关系。研究结果表明:PI薄膜在热酰亚胺化过程中TEA脱除原位形成孔洞结构,孔洞的尺寸可以通过TEA的含量进行调控。该PI多孔薄膜具有热闭孔特性,且在闭孔前、后均呈现出优异的力学强度(~120 MPa)。本文采用原位成孔法构筑了具有优异热稳定性、高力学强度的PI多孔薄膜,该PI多孔薄膜在高温时可自闭孔,隔绝物质、热量的传输,有望为电池提供更有力的安全保障。

English

    1. [1]

      (1) Zhang, X.; Sun, Q.; Zhen, C.; Niu, Y.; Han, Y.; Zeng, G.; Chen, D.; Feng, C.; Chen, N.; Lv, W.; et al. Energy Storage Mater. 2021, 37, 628. doi: 10.1016/j.ensm.2021.02.042(1) Zhang, X.; Sun, Q.; Zhen, C.; Niu, Y.; Han, Y.; Zeng, G.; Chen, D.; Feng, C.; Chen, N.; Lv, W.; et al. Energy Storage Mater. 2021, 37, 628. doi: 10.1016/j.ensm.2021.02.042

    2. [2]

      (2) Waqas, M.; Ali, S.; Feng, C.; Chen, D.; Han, J.; He, W. Small 2019, 15 (33), 1901689. doi: 10.1002/smll.201901689(2) Waqas, M.; Ali, S.; Feng, C.; Chen, D.; Han, J.; He, W. Small 2019, 15 (33), 1901689. doi: 10.1002/smll.201901689

    3. [3]

      (3) Costa, C. M.; Lee, Y.-H.; Kim, J.-H.; Lee, S.-Y.; Lanceros-Méndez, S. Energy Storage Mater. 2019, 22, 346. doi: 10.1016/j.ensm.2019.07.024(3) Costa, C. M.; Lee, Y.-H.; Kim, J.-H.; Lee, S.-Y.; Lanceros-Méndez, S. Energy Storage Mater. 2019, 22, 346. doi: 10.1016/j.ensm.2019.07.024

    4. [4]

      (4) Lu, L.; Han, X.; Li, J.; Hua, J.; Ouyang, M. J. Power Sources 2013, 226, 272. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.10.060(4) Lu, L.; Han, X.; Li, J.; Hua, J.; Ouyang, M. J. Power Sources 2013, 226, 272. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.10.060

    5. [5]

      (5) Sun, Y.; Liu, N.; Cui, Y. Nat. Energy 2016, 1 (7), 16071. doi: 10.1038/nenergy.2016.71(5) Sun, Y.; Liu, N.; Cui, Y. Nat. Energy 2016, 1 (7), 16071. doi: 10.1038/nenergy.2016.71

    6. [6]

      (6) Liu, X.; Ren, D.; Hsu, H.; Feng, X.; Xu, G.-L.; Zhuang, M.; Gao, H.; Lu, L.; Han, X.; Chu, Z.; et al. Joule 2018, 2 (10), 2047. doi: 10.1016/j.joule.2018.06.015(6) Liu, X.; Ren, D.; Hsu, H.; Feng, X.; Xu, G.-L.; Zhuang, M.; Gao, H.; Lu, L.; Han, X.; Chu, Z.; et al. Joule 2018, 2 (10), 2047. doi: 10.1016/j.joule.2018.06.015

    7. [7]

      (7) Zhang, J.; Liu, Z.; Kong, Q.; Zhang, C.; Pang, S.; Yue, L.; Wang, X.; Yao, J.; Cui, G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5 (1), 128. doi: 10.1021/am302290n(7) Zhang, J.; Liu, Z.; Kong, Q.; Zhang, C.; Pang, S.; Yue, L.; Wang, X.; Yao, J.; Cui, G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5 (1), 128. doi: 10.1021/am302290n

    8. [8]

      (8) Costa, C. M.; Rodrigues, L. C.; Sencadas, V.; Silva, M. M.; Rocha, J. G.; Lanceros-Méndez, S. J. Membr. Sci. 2012, 407408, 193. doi: 10.1016/j.memsci.2012.03.044(8) Costa, C. M.; Rodrigues, L. C.; Sencadas, V.; Silva, M. M.; Rocha, J. G.; Lanceros-Méndez, S. J. Membr. Sci. 2012, 407408, 193. doi: 10.1016/j.memsci.2012.03.044

    9. [9]

      (9) Liu, X.; Song, K.; Lu, C.; Huang, Y.; Duan, X.; Li, S.; Ding, Y. J. Membr. Sci. 2018, 555, 1. doi: 10.1016/j.memsci.2018.03.027(9) Liu, X.; Song, K.; Lu, C.; Huang, Y.; Duan, X.; Li, S.; Ding, Y. J. Membr. Sci. 2018, 555, 1. doi: 10.1016/j.memsci.2018.03.027

    10. [10]

      (10) Hu, S.; Lin, S.; Tu, Y.; Hu, J.; Wu, Y.; Liu, G.; Li, F.; Yu, F.; Jiang, T. J. Mater. Chem. A 2016, 4 (9), 3513. doi: 10.1039/C5TA08694A(10) Hu, S.; Lin, S.; Tu, Y.; Hu, J.; Wu, Y.; Liu, G.; Li, F.; Yu, F.; Jiang, T. J. Mater. Chem. A 2016, 4 (9), 3513. doi: 10.1039/C5TA08694A

    11. [11]

      (11) Ding, Y.; Hou, H.; Zhao, Y.; Zhu, Z.; Fong, H. Prog. Polym. Sci. 2016, 61, 67. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2016.06.006(11) Ding, Y.; Hou, H.; Zhao, Y.; Zhu, Z.; Fong, H. Prog. Polym. Sci. 2016, 61, 67. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2016.06.006

    12. [12]

      (12) Liaw, D.-J.; Wang, K.-L.; Huang, Y.-C.; Lee, K.-R.; Lai, J.-Y.; Ha, C.-S. Prog. Polym. Sci. 2012, 37 (7), 907. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2012.02.005(12) Liaw, D.-J.; Wang, K.-L.; Huang, Y.-C.; Lee, K.-R.; Lai, J.-Y.; Ha, C.-S. Prog. Polym. Sci. 2012, 37 (7), 907. doi: 10.1016/j.progpolymsci.2012.02.005

    13. [13]

      (13) Ma, P.; Dai, C.; Wang, H.; Li, Z.; Liu, H.; Li, W.; Yang, C. Compos. Commun. 2019, 16, 84. doi: 10.1016/j.coco.2019.08.011(13) Ma, P.; Dai, C.; Wang, H.; Li, Z.; Liu, H.; Li, W.; Yang, C. Compos. Commun. 2019, 16, 84. doi: 10.1016/j.coco.2019.08.011

    14. [14]

      (14) Maeyoshi, Y.; Ding, D.; Kubota, M.; Ueda, H.; Abe, K.; Kanamura, K.; Abe, H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11 (29), 25833. doi: 10.1021/acsami.9b05257(14) Maeyoshi, Y.; Ding, D.; Kubota, M.; Ueda, H.; Abe, K.; Kanamura, K.; Abe, H. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11 (29), 25833. doi: 10.1021/acsami.9b05257

    15. [15]

      (15) Lin, D.; Zhuo, D.; Liu, Y.; Cui, Y. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138 (34), 11044. doi: 10.1021/jacs.6b06324(15) Lin, D.; Zhuo, D.; Liu, Y.; Cui, Y. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138 (34), 11044. doi: 10.1021/jacs.6b06324

    16. [16]

      (16) Maeyoshi, Y.; Miyamoto, S.; Munakata, H.; Kanamura, K. J. Power Sources 2017, 350, 103. doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.03.053(16) Maeyoshi, Y.; Miyamoto, S.; Munakata, H.; Kanamura, K. J. Power Sources 2017, 350, 103. doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.03.053

    17. [17]

      (17) Li, M. N.; Zhang, Z. J.; Yin, Y. T.; Guo, W. C.; Bai, Y. G.; Zhang, F.; Zhao, B.; Shen, F.; Han, X. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12 (3), 3610. doi: 10.1021/acsami.9b19049(17) Li, M. N.; Zhang, Z. J.; Yin, Y. T.; Guo, W. C.; Bai, Y. G.; Zhang, F.; Zhao, B.; Shen, F.; Han, X. G. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12 (3), 3610. doi: 10.1021/acsami.9b19049

    18. [18]

      (18) Lin, C. E.; Zhang, H.; Song, Y. Z.; Zhang, Y.; Yuan, J. J.; Zhu, B. K. J. Mater. Chem. A 2018, 6 (3), 991. doi: 10.1039/c7ta08702k(18) Lin, C. E.; Zhang, H.; Song, Y. Z.; Zhang, Y.; Yuan, J. J.; Zhu, B. K. J. Mater. Chem. A 2018, 6 (3), 991. doi: 10.1039/c7ta08702k

    19. [19]

      (19) Zhang, H.; Lin, C.-E.; Zhou, M.-Y.; John, A. E.; Zhu, B.-K. Electrochim. Acta 2016, 187, 125. doi: 10.1016/j.electacta.2015.11.028(19) Zhang, H.; Lin, C.-E.; Zhou, M.-Y.; John, A. E.; Zhu, B.-K. Electrochim. Acta 2016, 187, 125. doi: 10.1016/j.electacta.2015.11.028

    20. [20]

      (20) Kong, L.; Yan, Y.; Qiu, Z.; Zhou, Z.; Hu, J. J. Membr. Sci. 2018, 549, 321. doi: 10.1016/j.memsci.2017.12.028(20) Kong, L.; Yan, Y.; Qiu, Z.; Zhou, Z.; Hu, J. J. Membr. Sci. 2018, 549, 321. doi: 10.1016/j.memsci.2017.12.028

    21. [21]

      (21) Wang, L. L.; Liu, F.; Shao, W. L.; Cui, S. Z.; Zhao, Y. M.; Zhou, Y. M.; He, J. X. Compos. Commun. 2019, 16, 150. doi: 10.1016/j.coco.2019.09.004(21) Wang, L. L.; Liu, F.; Shao, W. L.; Cui, S. Z.; Zhao, Y. M.; Zhou, Y. M.; He, J. X. Compos. Commun. 2019, 16, 150. doi: 10.1016/j.coco.2019.09.004

    22. [22]

      (22) Miao, Y. E.; Zhu, G. N.; Hou, H. Q.; Xia, Y. Y.; Liu, T. X. J. Power Sources 2013, 226, 82. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.10.027(22) Miao, Y. E.; Zhu, G. N.; Hou, H. Q.; Xia, Y. Y.; Liu, T. X. J. Power Sources 2013, 226, 82. doi: 10.1016/j.jpowsour.2012.10.027

    23. [23]

      (23) Wang, Y.; Wang, S.; Fang, J.; Ding, L.-X.; Wang, H. J. Membr. Sci. 2017, 537, 248. doi: 10.1016/j.memsci.2017.05.023(23) Wang, Y.; Wang, S.; Fang, J.; Ding, L.-X.; Wang, H. J. Membr. Sci. 2017, 537, 248. doi: 10.1016/j.memsci.2017.05.023

    24. [24]

      (24) Kim, J.-H.; Kim, J.-H.; Choi, K.-H.; Yu, H. K.; Kim, J. H.; Lee, J. S.; Lee, S.-Y. Nano Lett. 2014, 14 (8), 4438. doi: 10.1021/nl5014037(24) Kim, J.-H.; Kim, J.-H.; Choi, K.-H.; Yu, H. K.; Kim, J. H.; Lee, J. S.; Lee, S.-Y. Nano Lett. 2014, 14 (8), 4438. doi: 10.1021/nl5014037

    25. [25]

      (25) Seo, Y.; Lee, S. M.; Kim, D. Y.; Kim, K. U. Macromolecules 1997, 30 (13), 3747. doi: 10.1021/ma961482v(25) Seo, Y.; Lee, S. M.; Kim, D. Y.; Kim, K. U. Macromolecules 1997, 30 (13), 3747. doi: 10.1021/ma961482v

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  0
  • 文章访问数:  520
  • HTML全文浏览量:  38
文章相关
  • 发布日期:  2023-08-08
  • 收稿日期:  2023-06-05
  • 接受日期:  2023-07-27
  • 修回日期:  2023-07-26
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章