[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

技術領域

本發明涉及鋰電池材料領域，具體涉及一種鋰電池用阻燃纖維素隔膜。

背景技術

鋰電池具有比能量大、循環壽命長、無環境污染等諸多優點，正在逐步的取代鉛酸電池、鎳氫和鎳鎘電池，并廣泛的應用于便攜式電子設備。最近幾年，鋰電池在電動汽車、混合動力汽車和儲能電池等領域的應用得到了極大地關注。鋰電池主要由正負極材料、電解液、隔膜和電池外殼四部分組成。其中隔膜作為鋰電池的關鍵組成部件之一，起著防止正負極接觸發生短路和提供鋰離子傳輸通道的作用。隔膜性能的優劣直接影響到鋰電池電化學性能和安全性能，因此對隔膜的性能提出了更高的要求。目前，聚烯烴類隔膜材料廣泛應用于鋰電池中，但是聚烯烴類隔膜有一些缺點難以改善：（1）電解液浸潤性能差，限制了離子電導率的提高，不利于鋰電池的快速充放電；（2）熱尺寸穩定性能差，在溫度高于120?^oC時會出現顯著的尺寸收縮，電池內部發生短路。鋰電池在大功率充放電或過充情況下，局部溫度過高會使電池內部的隔膜受熱收縮進而引發電池短路，導致鋰電池爆炸和燃燒，具有非常大的安全隱患。

纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的一種高分子材料。近年來，隨著石油、煤炭儲量的下降以及對環境污染問題的日益重視，纖維素的開發和利用受到人們越來越多的重視。然而由于纖維素難溶，以及纖維素遇火極易燃燒，極大地限制了其在生活、工業等領域的直接使用，因此開發新的溶劑體系，對纖維素進行衍生化和阻燃化處理，可以拓展纖維素的應用領域。對纖維素材料的阻燃改性，特別是采用環境友好的阻燃劑，如無鹵、低毒、低煙霧、高效的阻燃劑，成為該研究領域中的熱點。

靜電紡絲是一種使帶電荷的聚合物液滴在電場力作用下形成泰勒錐而制備聚合物超細纖維的加工技術，由于靜電紡絲技術制得的纖維直徑可達微米或納米級別，并且靜電紡絲具有獨特的微觀結構和適宜的力學性能，因此靜電紡絲制取纖維應用廣泛。

發明內容

本發明目的是提供一種靜電紡絲制備的鋰電池用阻燃型纖維素隔膜。

為實現上述目的，本發明所制備的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，在200?^o?C以下尺寸收縮率小于0.1?%，極限氧指數為20?%-50?%。

本發明所述的制備方法是在靜電紡絲溶液中加入阻燃劑或在后整理過程中通過涂覆工藝制備得到的。其中所述制備方法中，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，輥壓強度為0.5?MPa?-30?MPa，停留時間1?min-20?min，輥壓溫度為20^?o?C-120?^o?C。

本發明所述的制備方法中，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、纖維素乙酸丁酸酯和纖維素黃酸酯，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?%，阻燃劑的質量百分數為0.2?%-30?%，添加劑的質量百分數為0.1?%-20?%。