[發明專利]一種靜電紡絲制備的鋰電池阻燃纖維素隔膜

在審

• 申請號: 201310732338.1
• 申請日: 2013-12-27
• 公開（公告）號: CN104752658A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 崔光磊;張建軍;徐泉;孔慶山;岳麗萍;劉志宏;徐紅霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

1.一種鋰電池隔膜，其特征在于：所述電池隔膜是阻燃纖維素隔膜。

2.根據權利要求1所述的鋰電池隔膜，其特征在于：所述阻燃纖維素隔膜厚度為20?μm-200?μm，透氣度為5?s-700?s/100?cc，孔隙率為40?%-90?%，電解液吸收率為100?%-1500?%，機械拉伸強度為3?MPa-100?MPa。

3.根據權利要求1所述的鋰電池隔膜，其特征在于：所述阻燃纖維素隔膜熱穩定性能好，在200?^o?C條件下尺寸收縮率小于0.1?%；阻燃性能優異，極限氧指數為20?%-50?%。

4.一種通過靜電紡絲制備如權利要求1-3所述的鋰電池隔膜的方法，其特征在于：包括以下步驟：

a.?制備纖維素靜電紡絲溶液：將纖維素或者纖維素衍生物、添加劑和阻燃劑按一定比例溶于溶劑中，得到分散均勻的纖維素溶液；

b.?對纖維素溶液進行靜電紡絲：將步驟a得到的纖維素溶液注入靜電紡絲機，調節紡絲針頭和接收板之間的距離，開始靜電紡絲；

c.?后處理：對于靜電紡絲過程中未加入阻燃劑或者加入阻燃劑較少的纖維，在其表面進行阻燃化涂覆處理，然后進行輥壓、干燥。

5.根據權利要求4所述的鋰電池隔膜，其特征在于：所用纖維素包括但不僅局限于纖維素漿柏、纖維素硝酸酯、纖維素乙酸酯、纖維素乙酸丁酸酯、纖維素磺酸酯、甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、羥乙基纖維素、氰乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素中的一種或多種；添加劑包括但不僅局限于明膠、卡拉膠、殼聚糖、甲殼素、聚乙烯醇、聚氧化乙烯，聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮或水溶性聚氨酯中的一種或多種；阻燃劑包括但不僅局限于磷酸酯、亞磷酸酯、四羥甲基氯化磷、有機磷鹽、氧化磷、含磷多元醇、磷氮化合物、鹵代磷酸酯、紅磷、微膠囊紅磷、磷酸銨、磷酸二銨、氯化銨、聚磷酸銨、聚磷腈、磷酸三苯酯、三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺、三（2，3-二溴丙基）異三聚氰酸酯、單氰銨、雙氰銨、三聚氰酸、硫脲、氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅、硼酸、硼砂、聚硅酸鹽、十溴二苯醚、十溴－三氧化二銻、二氧化硅、三氧化二鋁、紅磷、氧化銻、氧化鉬、鉬酸氨、硼酸鋅、氧化鋅、氧化鋯、氫氧化鋯中的一種或多種；其中，纖維素的質量百分數為0.2?%-30?%，添加劑的質量百分數為0.1?%-20?%，阻燃劑質量百分數為0.1?%-30?%。

6.根據權利要求4所述的鋰電池隔膜，其特征在于所用的溶劑包含但不僅局限于多聚甲醛/二甲基亞砜、四氧化二氮/二甲基甲酰胺、氯化鋰/二甲基乙酰胺、二甲基亞砜/四乙基氯化銨、甲基嗎啉氧化物/水，氫氧化鈉/尿素、丙酮、四氫呋喃、室溫離子液體，離子液體由陰離子和陽離子共同組成，陽離子主要包含烷基季銨離子、烷基季磷離子、烷基吡啶離子和烷基咪唑離子等，陰離子主要包含鹵素離子、四氟硼酸根離子、六氟磷酸根離子、CF₃SO3^-、(CF₃SO₂)₂N^-、C₃F₇COO^-、CF₃COO^-、(CF₃SO₂)₃C^-、(C₂F₅SO₂)₃C^-、(C₂F₅SO₂)₂N^-等。

7.根據權利要求4所述的鋰電池隔膜的制備方法，其特征在于：靜電紡絲的紡絲針頭內徑為0.2?mm?-4.0?mm，電壓為1?kV-40?kV,?針頭與接收裝置的距離為2?cm?-40?cm，紡絲溫度為20^?o?C?-80?^o?C，紡絲流量為0.05?mL/h?-10?mL/h。

8.?根據權利要求4所述的鋰電池隔膜的制備方法，其特征在于：機械輥壓的強度為0.5?MPa?-30?MPa，停留時間1?min-20?min,?輥壓溫度為20?^o?C?-120?^o?C。

9.根據權利要求1所述的鋰電池隔膜的用途，其特征在于：本發明所提供的阻燃纖維素隔膜具有優異的熱穩定性、良好的電解液浸潤性能、較高的離子電導率、穩定的電化學窗口，提高了鋰電池的倍率性能、長循環壽命和安全性能；因此該阻燃纖維素隔膜可應用于鋰離子電池、鋰金屬電池（包括鋰硫電池）、鋰動力電池和儲能電池等領域。