[發明專利]一種納米纖維素改良的鋰離子電池隔膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201610183408.6
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105720224B
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 邵自強;劉川渟;王振華;盧丞一;畢新德;畢于東;邱建軍;劉厚余
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京北方世紀纖維素技術開發有限公司;山東赫達股份有限公司
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種納米纖維素改良的鋰離子電池隔膜及其制備方法，目的是為了提供一種具有較高的親水性、吸液率、保液率、機械性能和環境友好性的新型納米纖維素改良的鋰離子電池隔膜及其制備方法。一種新型納米纖維素改良的鋰離子電池隔膜包括纖維素納米纖維?鋰和聚合物基體，通過配置刮膜液、脫泡、刮膜、凝固浴制得。本發明制備的纖維素納米纖維?鋰改良的鋰離子電池隔膜，其良好地保持了天然纖維素Ⅰ晶型結構，賦予復合膜提較好的機械性能，提高了復合膜的親水性和熱穩定性，該方法具有非常高的產業化生產能力，應用前景廣闊。

技術領域

本發明設計制備一種鋰離子電池隔膜及其制備方法，具體涉及一種新型納米纖維素改良的鋰離子電池隔膜及其制備方法。

背景技術

纖維素是一種自然界中儲量豐富的可再生資源，以纖維素為原料生產的材料具有許多優良特性，如介電常數高、抗刺穿性強、化學穩定性好，熱穩定好、可降解等，在造紙、電子產品、工業加工、醫學等領域得到廣泛的應用。近幾年，很多膜材料研究者都致力于研發低成本、可再生的纖維素原料制備高性能隔膜，尤其是以纖維素、改性和增強的纖維素為主體原料的鋰離子電池隔膜，并與聚烯烴隔膜在耐熱性、抗刺穿性、強度、電阻大小、耐高電壓性等方面進行比較研究。在纖維素分子內、分子間氫鍵以及范德華力的作用下，纖維素大分子鏈聚集在一起形成了具有纖維素Ⅰ晶型結構的纖維素基元原纖。但是，在自然界中纖維素聚集體并不是一種完美的晶體結構，還存在著大量的無定形區域。可通過物理、化學的方式將纖維素基元原纖從天然纖維素聚集態中有效、完整的剝離出來。目前，天然纖維素納米材料制備方式主要有機械法、酸水解法和TEMPO催化氧化法。相較之下TEMPO法制備得到的纖維素納米纖維在很大程度上保持了天然木漿基元原纖的結構特征，因此纖維素納米纖維具有天然纖維素基元原纖的許多優秀性質，如：極其小的直徑(大約3～4nm)、長徑比超過250(長可以達到微米級)、較高的彈性模量(140～150GPa)、較小的密度(1.6g.cm^-3)、較高的結晶度(70％～95％)、可以與玻璃相媲美的光折射系數以及較小的熱膨脹系數等。此外，通過金屬離子交換的方式也可以提高纖維素納米纖維的熱穩定性。

鋰離子電池作為一種高能量綠色二次電池，具有能量密度高、比功率大、循環性能好、無記憶效應、無污染等特點，已廣泛應用于智能移動設備、混合動力汽車、電動車、太陽能發電系統等新能源領域，發展迅速。這些領域不僅要求電池具有高能量、功率密度，對電池的安全性要求也越來越高。而隔膜是影響并決定鋰離子電池電化學性能和安全性的重要因素。目前，商品化鋰離子電池的隔膜材料主要仍采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。但是，聚乙烯、聚丙烯隔膜對電解質親和性較差，存在吸液率和保液率低等不足，電解液容易發生側漏，電池的安全性存在隱患。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有較高的親水性、吸液率、保液率、機械性能和環境友好性的新型納米纖維素改良的鋰離子電池隔膜及其制備方法。

本發明是通過如下技術方案來實現的：

一種新型納米纖維素改良的鋰離子電池隔膜包括以下重量百分比組份：

纖維素納米纖維-鋰(CNFs-Li) 0％～20％，

聚合物基體 80％～100％，

所述聚合物基體為聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、醋酸纖維素、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、氰乙基纖維素、聚酰亞胺、聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚乙烯醇、聚氧化乙烯中的一種。

進一步的，所述纖維素納米纖維-鋰通過如下方法制備：

A.合成纖維素納米纖維-鈉(CNFs-Na)：試劑纖維素、TEMPO、溴化鈉、次氯酸鈉質量比15：0.25：0.5：100，pH控制在9～11，室溫下攪拌反應6～12h，然后超聲得到纖維素納米纖維-鈉；