[發(fā)明專(zhuān)利]一種跨尺度微納纖維素鋰離子電池隔膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011197213.X
• 申請(qǐng)日: 2020-10-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112332020B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉旺玉;邱偉平;謝衛(wèi)規(guī);黨艷萍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01M50/403
• 分類(lèi)號(hào): H01M50/403;H01M50/411;H01M50/44;H01M50/457;H01M10/0525
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明提供一種跨尺度微納纖維素鋰離子電池隔膜及其制備方法，屬于鋰電池隔膜的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中，選取纖維素為原材料，采用TEMPO中性氧化及高壓均質(zhì)工藝制備跨尺度微納纖維素漿，通過(guò)真空抽濾的方式形成具有多層跨尺度微納纖維素層的隔膜，再對(duì)隔膜進(jìn)行真空干燥，形成多層梯度孔的跨尺度微納纖維素隔膜；TEMPO中性氧化制備微納纖維，不涉及聚合反應(yīng)，工藝簡(jiǎn)單；纖維素隔膜能提高熱穩(wěn)定性，且親液性能好，提高隔膜與正負(fù)極的界面兼容性，從而提升電化學(xué)性能；另外多層梯度孔不僅有利提高孔隙率，也能改善壓縮行為，提高緩沖吸能能力，抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，提升電池安全性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池隔膜的技術(shù)領(lǐng)域，涉及鋰離子電池隔膜，具體涉及一種跨尺度微納纖維素鋰離子電池隔膜及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有比能量高、重量輕、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在手機(jī)、數(shù)碼產(chǎn)品、汽車(chē)等領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。隔膜是鋰離子電池重要的部件，其性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響鋰離子電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高鋰離子電池的綜合性能具有重要的作用。

現(xiàn)有商業(yè)隔膜如PP和PE隔膜，雖然具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和閉孔性，但其也存在如下缺陷：鋰析出形成枝狀結(jié)晶容易刺破隔膜造成短路；電解液的潤(rùn)濕度低造成鋰離子導(dǎo)電率低；熱不穩(wěn)定性，隔膜耐熱性能差，高溫的條件易使其收縮甚至融化，容易造成鋰電池短路，存在安全隱患。另一方面，傳統(tǒng)聚烯烴隔膜材料源于石油基原料，不可降解，也不符合環(huán)境友好、持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。

木材纖維自古以來(lái)應(yīng)用甚廣，其最廣泛的應(yīng)用在于紙漿造紙，由于其可再生、無(wú)污染、含量豐富等優(yōu)點(diǎn)，一致以來(lái)都備受關(guān)注。針對(duì)纖維素材料的機(jī)械性能的研究也十分豐富，纖維素具有較好的熱穩(wěn)定性，且親液性能好，是替代傳統(tǒng)聚烯烴隔膜的佳選。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中的鋰離子電池隔膜抗鋰枝晶的穿透能力差、熱穩(wěn)定性差等問(wèn)題，提高鋰電池的安全性能和電化學(xué)性能，提供了一種跨尺度微納纖維素鋰離子電池隔膜及其制備方法。通過(guò)調(diào)控微納纖維素的比例，制備多層復(fù)合的纖維素隔膜，形成具有具有梯度孔結(jié)構(gòu)的隔膜。本發(fā)明微納纖維素鋰離子電池隔膜具有熱穩(wěn)定性好、親液性好、隔膜熱收縮小，可有效防止鋰枝晶穿透等特點(diǎn)，對(duì)提高鋰離子電池安全性能、延長(zhǎng)電池壽命具有明顯效果。同時(shí)本發(fā)明微納纖維素鋰離子電池隔膜，具備梯度孔特征，親液性能好，熱穩(wěn)定性好，安全性高；本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單、易操作。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種跨尺度微納纖維素鋰離子電池隔膜及其制備方法，涉及鋰離子電池隔膜技術(shù)領(lǐng)域。所述微納纖維素鋰離子電池隔膜，選取纖維素為原材料，采用TEMPO中性氧化及高壓均質(zhì)工藝分別制備微米纖維素和納米纖維素，通過(guò)真空抽濾的方式形成具有多層跨尺度微納纖維素層的隔膜，再對(duì)隔膜進(jìn)行真空干燥，形成多層梯度孔的跨尺度微納纖維素隔膜。

一種跨尺度微納纖維素鋰離子電池隔膜，所述隔膜為多層按不同比例混合的微米纖維素和納米纖維素垂直堆積而成的，形成具有多層梯度孔的跨尺度微納纖維素鋰電池隔膜。

優(yōu)選的，所述多層不同微納比例纖維素的納米纖維素質(zhì)量比為5-20wt％。

優(yōu)選的，所述多層梯度孔的跨尺度微納纖維素鋰電池隔膜為三層，第一層的納米纖維素的質(zhì)量比例為10-20wt％，微米纖維素的質(zhì)量比例為80-90wt％；第二層的納米纖維素的質(zhì)量比例為5-10wt％，微米纖維素的質(zhì)量比例為90-95wt％；第三層的納米纖維素的質(zhì)量比例為10-20wt％，微米纖維素的質(zhì)量比例為80-90wt％。

優(yōu)選的，所述纖維素的原材料為桉木漿，是一種可再生的環(huán)保材料。

上述的一種跨尺度微納纖維素鋰離子電池隔膜的制備方法，包括：

(1)TEMPO氧化：選取纖維素為原材料，采用TEMPO中性氧化方法制取微米尺寸纖維素；