[發(fā)明專利]一種輕量化纖維素基鋰電池隔膜及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210604910.5
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114899549A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉全鑫;胡志軍;黃關(guān)紅;裘杭波;鄭明晨;金光范
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江科技學(xué)院
• 主分類號: H01M50/40
• 分類號: H01M50/40;H01M50/403;H01M50/411
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發(fā)明屬于鋰離子電池隔膜與生物質(zhì)材料交叉領(lǐng)域，具體公開了一種全纖維素鋰離子電池隔膜及其制備方法。所述隔膜由納米微纖纖維素(NFC)和交聯(lián)化納米微纖纖維素構(gòu)成，所述制備方法為：在水分散的納米微纖纖維素中(NFC)溶液中，加入正硅酸乙酯(TEOS)原位生成二氧化硅，混合液澆筑成膜，再除去膜中二氧化硅，最后對膜進行交聯(lián)改性增強，即得所述輕量化全纖維素基鋰電池隔膜。本發(fā)明顯著優(yōu)點為隔膜具有優(yōu)異的耐高溫、親電解液性，和良好的機械強度，可以通過調(diào)整二氧化硅粒徑和工藝條件來滿足不同應(yīng)用場景的隔膜要求，電化學(xué)性能高、安全性能高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池隔膜制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種輕量化全纖維素基鋰電池隔膜及其制備方法

背景技術(shù)

隨著鋰離子電池在便攜設(shè)備、航空航天、電動汽車等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，但是，目前石油、煤炭儲量的下降以及對環(huán)境污染問題的日益重視，蓬勃發(fā)展的市場對鋰電池安全性能、使用性能以及環(huán)保性能有了更高的技術(shù)要求。

鋰電池是可充電電池，主要由4個功能組件組成，即正極、隔膜、電解質(zhì)和負極。鋰離子電池內(nèi)部構(gòu)件復(fù)雜，眾多的部件組成，其中內(nèi)部核心部件之一的就是隔膜。隔膜作為鋰電池的重要組成部分，位于正極和負極之間，通過避免電極接觸來防止內(nèi)部短路；同時，隔膜可以儲存足量的電解液，從而保證鋰離子自由并高速傳輸。隔膜的作用不僅決定了鋰離子電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部電阻，而且對鋰離子電池內(nèi)部的容量、循環(huán)、安全性能起到至關(guān)重要的作用，所以說隔膜性能的好壞決定了鋰離子電池的性能是否優(yōu)異。因此，隔膜在決定鋰電池的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性方面起到關(guān)鍵作用。

目前市面上鋰離子電池隔膜主要是聚烯烴類隔膜，如聚乙烯(PE) 膜和聚丙烯(PP)膜，雖然此類隔膜具有良好的拉伸強度和穿刺強度，但是其熱穩(wěn)定性較差，在高于100℃條件下工作會有明顯的熱收縮，會導(dǎo)致隔膜破損或正負電極接觸，從而使電池短路；同時此類隔膜耐熱性差、電解液親潤性差，導(dǎo)致離子傳輸性差、電池充放電慢、使用壽命短、電池安全性不高。而纖維素具有良好的親水性和電解液親潤性，并且熱穩(wěn)定性較高，遇高溫不易收縮目前正成為研究的方向。但是現(xiàn)有的纖維素鋰離子電池隔膜存在著如下的問題：由于生物質(zhì)纖維本身的低機械強度和不可控的孔結(jié)構(gòu)，所以用其作為原料制備所得隔膜機械強度差，孔徑過大、孔隙率過低，其應(yīng)用具有一定的局限性。因此，需要一種耐高溫、高電解液親潤性、高機械強度以及高孔隙率的纖維素隔膜來滿足鋰電池各種需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種輕量化全纖維素基鋰電池隔膜及其制備方法，以克服目前聚烯烴隔膜耐熱差、親潤性不好、機械強度差和孔隙率低的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種輕量化全纖維素基鋰電池隔膜，其特征在于，包括納米微纖纖維素(NFC)、交聯(lián)化納米微纖纖維素和交聯(lián)劑，所述交聯(lián)化納米微纖纖維素占納米微纖纖維素總量的30-50％，所述交聯(lián)劑與納米微纖纖維素的摩爾比為2-10：1，所述電池隔膜的定量為25-60g/m²，厚度為20-70μm，孔隙率為50-70％，平均孔徑為30nm-300nm。

所述的納米微纖纖維素(NFC)經(jīng)超臨界CO₂球磨法制備，直徑為10-40nm，長度為200-600μm。

所述納米微纖纖維素制備的過程包括：2-3g微纖維化纖維素與 75ml乙醇混合置于裝有亞臨界水的高壓釜內(nèi)處理30-180min，所得的混合物在真空下通過0.2μm微孔過濾器過濾，過濾后的保留物在 20-40℃下真空干燥12-36h，干燥后的產(chǎn)物經(jīng)球磨機研磨6-24h，得到NFC。

所述高壓釜內(nèi)處理的溫度為30-200℃、通過注入CO₂調(diào)節(jié)壓力 1-3MPa。

納米微纖纖維素(NFC)先后經(jīng)球磨機公轉(zhuǎn)300-400r/min和自轉(zhuǎn) 300-400r/min研磨得到。

一種輕量化全纖維素基鋰電池隔膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：