[發明專利]一種陽離子化蘑菇導離子膜的制備方法及其在鋰離子電池中的應用

有效

• 申請號: 202110685556.9
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113451709B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 林欣蓉;文鵬;李文瑞;林軍;謝文
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: H01M50/497
• 分類號: H01M50/497;H01M50/403;H01M10/0525
• 代理公司: 昆明祥和知識產權代理有限公司 53114
• 代理人: 劉敏

本發明屬于儲能設備中的導離子膜合成技術領域，具體公開一種陽離子化蘑菇導離子膜的制備方法及其在鋰離子電池中的應用，包括以下步驟：選取形體完整、個頭較大、莖粗大的蘑菇，將蘑菇切圓片并烘干，配置NaOH和尿素混合液，并置于4℃以下冷藏至少1h，將烘干的蘑菇稱重后，置于混合液中，抽真空數次，每次不少于30分鐘，在抽真空后的溶液中加入陽離子醚化劑，并于60℃下攪拌10h得到最終產物蘑菇導離子膜，本發明通過醚化直接對蘑菇中的纖維素、半纖維素進行改性，將陽離子引入納米流體通道的表面進行選擇性離子傳遞，本方法具有產品可降解、低成本、產品成本低、操作簡單、條件溫和、反應速度快、原料來源廣泛等優點。

技術領域

本發明屬于儲能設備中的導離子膜合成技術領域，具體涉及一種陽離子化蘑菇導離子膜的制備方法及其在鋰離子電池中的應用。

背景技術

鋰離子電池因具有超高的能量密度和耐受電壓，為新能源的廣泛存儲與使用提供了新契機。其中，帶電離子（如鋰離子）在正極與負極之間以導離子膜為載體的輸運和傳導是電池工作的重要一環，直接影響了電池的實際輸出能量密度、倍率特性、能量效率等。現今在鋰離子電池中商用的導離子膜多為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等人工合成高分子，這些商用膜不僅不可再生與降解，還表現出較差的潤濕性與緩慢的離子傳導動力學特性。因此，開發新型可降解的、輕質的、低成本的高性能導離子膜是一個重要的研究與應用方向。

蘑菇種類繁多，分布廣泛，且數量巨大，除野生蘑菇外，養殖蘑菇通常使用農業生產中富含有機物的廢料，通過蘑菇生長讓一些難以利用的能量重新回到食物鏈中，提高能量循環利用率，且可再生速度極快，是一種除了食用價值外，對于緩解能源危機、生態環境惡化等熱點、難點問題具有潛力的生物質原料。與此同時，蘑菇天然具有多孔、輕質的特點和層級狀排布的纖維微結構，為形成傳導鋰離子的納米微流孔道形成了得天獨厚的條件。因此，高效開發利用蘑菇成為一種用于高性能鋰離子電池的導離子膜具有很大的實用價值與創新性，且尚未見任何報道。

BRENNAN課題組（專利公開號CN107534157A）公開了將雙孢菇表皮高溫碳化以制造分層多孔納米帶充當電池正極的方法，包括：從蘑菇分離一定量之蘑菇菌蓋表皮組織；無氧熱解所述菌蓋表皮組織；通過電解質將所述碳基電極耦接到鋰金屬電極三個步驟。但該方法需要高溫熱解，浪費能源，且將碳化蘑菇作為陽極，電池中的電解質依然會造成環境污染。

夏新輝課題組（傳利號CN108682815A）公開了將包括蘑菇在內的含纖維素較多的生物質制成高效硬碳材料充當電池負極的方法，包括：將材料堿浸水熱后洗凈；在保護氣體保護下高溫碳化得到硬碳材料；將硬碳材料浸入醋酸鈷水溶液浸泡后抽濾烘干；置于馬弗爐中高溫處理；再用此材料制備成負極應用于制備鋰、鈉、鋰離子電池負極上述五個步驟。但該方法反應時間長且使用的醋酸鈷有毒有致癌性。

Young Keun Lee課題組（專利號US20120329894A1）公開了一種用于電池內部的聚乙烯隔膜的制備方法，該方法包括：熔融擠出高密度聚乙烯組合物形成片；按照同時拉伸方法，在一定溫度范圍內拉伸制成薄膜;從薄膜中提取稀釋劑；將所得膜在一定溫度范圍內熱定形。但該方法所得到的聚乙烯隔膜在橫向上的拉伸強度也比縱向上拉伸強度的差很多，在電池疊片或受到意外沖擊的情況下，存在膜破裂的隱患。

Takeyoshi課題組（專利公開號US13635506）公開了一種可用于電池內部隔膜的以聚丙烯類樹脂為主要成分的多孔膜，包括準備聚丙烯系樹脂，根據需要的熱塑性樹脂和添加劑的混合樹脂組合物然后，用單螺桿或雙螺桿擠出機，捏合機等，優選雙螺桿擠出機熔融捏合，然后切成粒料；將粒料引入擠出機，并從T型模擠出口擠出以模制膜狀物體三個步驟，實現了將聚丙烯類樹脂制成多孔電池隔膜。但該方法大量使用石油基聚丙烯勢必會增加環境負擔，且聚丙基隔膜離子傳導性較差，不利于電池中離子的移動。