锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，其特征在于：开发出五种基于木质纤维素基体或者基于木质纤维素为主体与其他天然或合成高分子两元或三元共混复合物为基体的隔膜及其制备方法：纯木质纤维素隔膜的涂覆和静电纺丝制备、木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的浇筑、涂覆和静电纺丝制备首。本发明专利技术的有益效果是，选用全世界年产量近万亿吨的天然高分子材料聚集体木质纤维素为基体或者选用以木质纤维素为主体与其他天然或合成高分子复合物为基体，制备能够用于锂离子电池中的隔膜，彻底解决锂离子电池″白色污染″问题并赋予电池高性能。发明专利技术内容还开拓了木质纤维素全新的应用领域。

Green and high-efficiency lignocellulose substrate separator for lithium ion battery and preparation method thereof

The present invention relates to a green and efficient lignocellulose substrate membrane and a preparation method thereof for lithium ion battery, which is characterized in that: the development of five based on lignocellulosic substrate or based on lignocellulose as the main body and other natural or synthetic polymer blends of two or three yuan for diaphragm substrate and its preparing method: pure cellulose membrane coating and electrospinning, lignocellulose for pouring, body and other natural or synthetic polymer materials for two or three yuan composite membrane coated and electrospinning first. The beneficial effect of the invention is natural polymer material used in the world of lignocellulose aggregate annual output of nearly trillion tons of substrate or selected to cellulose as the main body and other natural or synthetic polymer composite matrix can be used for the preparation of diaphragm of lithium ion battery, completely solve the problem of \white pollution\ and lithium ion battery given the high performance battery. The invention also opened up a new application field of lignocellulose.

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，属于锂离子电池

技术介绍
锂离子电池相对于传统铅酸电池被称为绿色电源。当前锂离子电池产品普遍使用液体电解质，这是因为该种电解质具有良好的导离子性和与电极的相容性，且成本低廉。在这种液体电解质锂离子电池中，正极和负极被对电子绝缘的聚丙烯膜或聚乙烯膜或二者复合膜隔开，但是这些隔膜上分布着均匀的孔洞，能够允许液体电解质以及锂盐的穿透。在这种锂离子电池中，正极、负极、液体电解质和隔膜是电池得以工作的四大组成部件。按照质量来算，液体电解质锂离子电池中的隔膜质量通常占电池总质量的30wt.％左右。显然，电池寿命结束被处理时，就会产生大量的聚丙烯或聚乙烯或二者复合物废物，这些高分子聚合物材料在自然环境中非常难以降解，以致对环境产生通常所说的″白色污染″。在这一层面上，这种锂离子电池还算不上真正的绿色电源。为了解决这一问题，以天然高分子聚合物为基体制备的隔膜代替传统聚丙烯隔膜或聚乙烯隔膜或二者复合隔膜是一种非常有效的手段。从文献报道来看，能够用来作为隔膜基体的天然高分子有纤维素(cellulose)、淀粉(starch)、壳聚糖(chitosan)、琼脂(agar)、果胶(pectin)和明胶(gelatin)。从研究结论来看，纤维素隔膜只能在某些性能上匹配传统聚合物隔膜，其余的天然高分子隔膜所展现出来的性能就不令人满意了。因此，近两年这方面的研究报道非常少，这是因为这些天然高分子隔膜性能难以让人信服外，且成本比传统隔膜高。因此，本专利技术基于对液体电解质锂离子电池及其隔膜问题的分析，选用这种全世界年产量最多(近万亿吨)的天然高分子材料聚集体——木质纤维素(lignocellulose)，以纯木质纤维素或者以其为主体与其他天然或合成高分子共混复合物为基体，制备能够用于锂离子电池中的隔膜，解决锂离子电池″白色污染″问题且赋予电池高性能。这一
技术实现思路
不但解决了锂离子电池存在一些问题，而且开拓了木质纤维素全新的应用领域。相关研究还未出现在国内外报道中。
技术实现思路
要解决的技术问题为了制备出无″白色污染″且高性能的锂离子电池，本专利技术提出以全世界年产量最多的纯天然高分子材料聚集体木质纤维素或者以木质纤维素为主体与其他天然或合成高分子两元或三元共混复合物为基体，制备能够用于锂离子电池中的隔膜，赋予电池绿色、高性能的特性。技术方案锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，其特征在于：开发出五种基于木质纤维素基体或者基于木质纤维素为主体与其他天然或合成高分子两元或三元共混复合物为基体的隔膜及其制备方法，具体工艺如下：(1)纯木质纤维素隔膜的涂覆制备：称取900-1000mg木质纤维素、量取35-40ml的去离子水，均置于烧杯中；于室温(25±1℃)下，搅拌2-3h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液倾入平底玻璃盘中，于常压和60±2℃条件下，直到水分挥发完，得到均匀的纯木质纤维素隔膜。(2)纯木质纤维素隔膜的静电纺丝制备：将木质纤维素研磨、过筛，收集100-200目之间的粉末；将收集粉末置于烧杯中，加入溶剂，室温下搅拌5-8h，得到浓度范围在5wt.％-10wt.％范围内的均匀电纺溶液；将电纺液装入注射器中，设置正高压为10-12kV，负高压为-1--2kV，推注速度为2.5-3ml/h，滚筒转速为20-25rpm，固定正负极之间的距离为10-12cm，电纺时间为2-3h，静电纺丝，得到均匀平整湿膜、室温下干燥，得到纯木质纤维素隔膜。(3)以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的浇筑制备：以木质纤维素质量分数在65wt.％-95wt.％区间范围、其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物质量分数在35wt.％-5wt.％区间范围分别称取相应质量的物质；将称取的纯木质纤维素按照上述工艺制备出厚度均匀的隔膜；将称取的天然或合成高分子材料一元或两元复合物置于烧杯中，加入在常温下刚好能够溶解复合物的良溶剂，搅拌，直到得到均匀的溶液；将得到的均匀溶液缓慢浇筑在纯木质纤维素隔膜上，保证溶液完全浸入木质纤维素隔膜的孔中，再于常压和25-60℃条件下，直到溶剂挥发完，得到均匀的木质纤维素主体两元或三元复合物隔膜。(4)以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的涂覆制备：以木质纤维素质量分数在65wt.％-95wt.％区间范围、其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物质量分数在35wt.％-5wt.％区间范围分别称取相应质量的物质；将木质纤维素和其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物均置入烧杯中；以置入烧杯中混合物总质量与溶剂体积比在1g∶15ml-1g∶40ml区间内，加入良溶剂，于25-80℃下搅拌，直到得到均匀的悬浮液；将得到的均匀悬浮液涂覆在玻璃板上，再于常压和25-60℃条件下，直到溶剂挥发完，得到均匀的木质纤维素主体两元或三元复合物隔膜。(5)以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的静电纺丝制备：将木质纤维素研磨、过筛，收集100-200目之间的粉末；按木质纤维素粉末质量范围在65wt.％-95wt.％区间，称取粉末和其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物，均置于烧杯中；再加入加入溶剂，室温下搅拌5-15h，得到溶液浓度范围在1wt.％-10wt.％区间的均匀电纺溶液；将电纺液装入注射器中，设置正高压为10-20kV，负高压为-1--5kV，推注速度为0.5-5ml/h，滚筒转速为20-100rpm，固定正负极之间的距离为10-20cm，电纺时间为2-10h，静电纺丝，得到均匀平整湿膜、室温下干燥，得到均匀的木质纤维素主体两元或三元复合物隔膜。所述的锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，其特征在于：在纯木质纤维素隔膜的静电纺丝制备中，所述的溶剂为去离子水、碳酸丙烯酯、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二甲基亚砜和六氟异丙醇中的一种或几种的混合。所述的锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，其特征在于：在以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的浇筑、涂覆和静电纺丝制备中，所述的天然或合成高分子材料是纤维素、淀粉、壳聚糖、琼脂、果胶和明胶这些天然高分子材料或聚丙烯酸酯、聚丙烯腈、聚醚醚酮、聚氧化乙烯、聚醋酸酯、聚偏氟乙烯这些合成高分子中的一种或几种的混合。所述的锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，其特征在于：在以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的浇筑和涂覆制备中，所述的溶解天然或合成高分子材料一元或两元复合物良溶剂是去离子水、甲醇、乙醇、丙酮、丁酮、四氢呋喃、N，N二甲基甲酰胺、N，N二甲基乙酰胺、二甲亚砜、四甲基脲、磷酸三甲酯和N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种的混合。所述的锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，其特征在于：在以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的静电纺丝制备中，所述的配置电纺液时加入的溶剂是去离子水、丙酮、四氢呋喃、N，N二甲基甲酰胺、二甲亚砜、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，其特征在于：开发出五种基于木质纤维素基体或者基于木质纤维素为主体与其他天然或合成高分子两元或三元共混复合物为基体的隔膜及其制备方法，具体工艺如下：(1)纯木质纤维素隔膜的涂覆制备：称取900‑1000mg木质纤维素、量取35‑40ml的去离子水，均置于烧杯中；于室温(25±1℃)下，搅拌2‑3h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液倾入平底玻璃盘中，于常压和60±2℃条件下，直到水分挥发完，得到均匀的纯木质纤维素隔膜。(2)纯木质纤维素隔膜的静电纺丝制备：将木质纤维素研磨、过筛，收集100‑200目之间的粉末；将收集粉末置于烧杯中，加入溶剂，室温下搅拌5‑8h，得到浓度范围在5wt.％‑10wt.％范围内的均匀电纺溶液；将电纺液装入注射器中，设置正高压为10‑12kV，负高压为‑1‑‑2kV，推注速度为2.5‑3ml/h，滚筒转速为20‑25rpm，固定正负极之间的距离为10‑12cm，电纺时间为2‑3h，静电纺丝，得到均匀平整湿膜、室温下干燥，得到纯木质纤维素隔膜。(3)以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的浇筑制备：以木质纤维素质量分数在65wt.％‑95wt.％区间范围、其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物质量分数在35wt.％‑5wt.％区间范围分别称取相应质量的物质；将称取的纯木质纤维素按照上述工艺制备出厚度均匀的隔膜；将称取的天然或合成高分子材料一元或两元复合物置于烧杯中，加入在常温下刚好能够溶解复合物的良溶剂，搅拌，直到得到均匀的溶液；将得到的均匀溶液缓慢浇筑在纯木质纤维素隔膜上，保证溶液完全浸入木质纤维素隔膜的孔中，再于常压和25‑60℃条件下，直到溶剂挥发完，得到均匀的木质纤维素主体两元或三元复合物隔膜。(4)以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的涂覆制备：以木质纤维素质量分数在65wt.％‑95wt.％区间范围、其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物质量分数在35wt.％‑5wt.％区间范围分别称取相应质量的物质；将木质纤维素和其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物均置入烧杯中；以置入烧杯中混合物总质量与溶剂体积比在1g∶15ml‑1g∶40ml区间内，加入良溶剂，于25‑80℃下搅拌，直到得到均匀的悬浮液；将得到的均匀悬浮液涂覆在玻璃板上，再于常压和25‑60℃条件下，直到溶剂挥发完，得到均匀的木质纤维素主体两元或三元复合物隔膜。(5)以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的静电纺丝制备：将木质纤维素研磨、过筛，收集100‑200目之间的粉末；按木质纤维素粉末质量范围在65wt.％‑95wt.％区间，称取粉末和其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物，均置于烧杯中；再加入加入溶剂，室温下搅拌5‑15h，得到溶液浓度范围在1wt.％‑10wt.％区间的均匀电纺溶液；将电纺液装入注射器中，设置正高压为10‑20kV，负高压为‑1‑‑5kV，推注速度为0.5‑5ml/h，滚筒转速为20‑100rpm，固定正负极之间的距离为10‑20cm，电纺时间为2‑10h，静电纺丝，得到均匀平整湿膜、室温下干燥，得到均匀的木质纤维素主体两元或三元复合物隔膜。...

【技术特征摘要】
1.锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，其特征在于：开发出五种基于木质纤维素基体或者基于木质纤维素为主体与其他天然或合成高分子两元或三元共混复合物为基体的隔膜及其制备方法，具体工艺如下：(1)纯木质纤维素隔膜的涂覆制备：称取900-1000mg木质纤维素、量取35-40ml的去离子水，均置于烧杯中；于室温(25±1℃)下，搅拌2-3h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液倾入平底玻璃盘中，于常压和60±2℃条件下，直到水分挥发完，得到均匀的纯木质纤维素隔膜。(2)纯木质纤维素隔膜的静电纺丝制备：将木质纤维素研磨、过筛，收集100-200目之间的粉末；将收集粉末置于烧杯中，加入溶剂，室温下搅拌5-8h，得到浓度范围在5wt.％-10wt.％范围内的均匀电纺溶液；将电纺液装入注射器中，设置正高压为10-12kV，负高压为-1--2kV，推注速度为2.5-3ml/h，滚筒转速为20-25rpm，固定正负极之间的距离为10-12cm，电纺时间为2-3h，静电纺丝，得到均匀平整湿膜、室温下干燥，得到纯木质纤维素隔膜。(3)以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的浇筑制备：以木质纤维素质量分数在65wt.％-95wt.％区间范围、其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物质量分数在35wt.％-5wt.％区间范围分别称取相应质量的物质；将称取的纯木质纤维素按照上述工艺制备出厚度均匀的隔膜；将称取的天然或合成高分子材料一元或两元复合物置于烧杯中，加入在常温下刚好能够溶解复合物的良溶剂，搅拌，直到得到均匀的溶液；将得到的均匀溶液缓慢浇筑在纯木质纤维素隔膜上，保证溶液完全浸入木质纤维素隔膜的孔中，再于常压和25-60℃条件下，直到溶剂挥发完，得到均匀的木质纤维素主体两元或三元复合物隔膜。(4)以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的涂覆制备：以木质纤维素质量分数在65wt.％-95wt.％区间范围、其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物质量分数在35wt.％-5wt.％区间范围分别称取相应质量的物质；将木质纤维素和其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物均置入烧杯中；以置入烧杯中混合物总质量与溶剂体积比在1g∶15ml-1g∶40ml区间内，加入良溶剂，于25-80℃下搅拌，直到得到均匀的悬浮液；将得到的均匀悬浮液涂覆在玻璃板上，再于常压和25-60℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄韵，宋阿敏，刘博，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51