锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，包括如下步骤：将水溶性纤维素和PVP加入到溶剂中溶解，得到A溶液；将所述A溶液流延成薄膜状，然后进行冷冻干燥、静置、真空干燥，即可得到所述多孔隔膜材料。本发明专利技术制备的多孔纤维隔膜材料，具有很高的孔隙率，适用于作为锂离子电池、锂空气电池等的隔膜材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料领域，具体地，涉及一种锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法。
技术介绍
隔膜材料是锂二次电池的重要组成部分，是支撑锂二次电池完成充放电过程的重要构件。隔膜起着分隔电池正负极防止短路的作用，以及充放电过程中锂离子来回通过的功能。隔膜的性能将直接影响电池的界面阻抗、内阻、电池的容量、循环次数和安全性能等，从而影响电池的综合性能。目前锂二次电池的隔膜主要有组织膜、非组织膜(无纺布)、微孔膜、复合膜、隔膜纸、碾压膜等，商用的隔膜材料主要采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。锂二次电池的多孔隔膜的主要合成方法有：干法和湿法等。干法是将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹膜制成结晶性聚合物薄膜，经过结晶化处理、退火后，得到高度取向的多层结构，在高温条件下进一步拉伸，将结晶界面剥离，形成多孔结构，可以增加薄膜的孔径。由于工艺简单、附加值高及无环境污染被广泛采用。湿法又称相分离法或热至相分离法，将液态烃或一些小分子物质与聚烯烃树脂混合，加热熔融后，形成均匀的混合物，然后降温进行相分离，压制得到膜片，将其加热至熔点温度附近，然后进行双向拉伸使分子链具有取向，最后保温一段时间，然后洗去残余的溶剂，从而制备出多孔薄膜材料，湿法制备的隔膜孔径比较均一，膜强度较高而且更薄。也是一种使用较为广泛的方法。通过对现有商业隔膜PP或PE的改性，也是制备多孔隔膜的一种比较广泛的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，所述的方法包括如下步骤：S1、将水溶性纤维素和PVP加入到溶剂中溶解，得到A溶液；S2、将所述A溶液流延成薄膜状，然后进行冷冻干燥、静置、真空干燥，即可得到所述的多孔隔膜材料。作为优选方案，步骤S1中，所述水溶性纤维素和PVP的总质量占A溶液质量的0.1％～10％。所述的水溶性纤维素和PVP的总质量在A溶液中的质量百分数小于0.1％，则会导致溶液过稀难以成膜，得不到想要的结果；由于本专利技术专利使用的纤维素粘度较大，如果该值大于10％，导致部分纤维素很难溶解，而且溶解后粘度过大也会导致难以流延成膜，得不到想要的结果。作为优选方案，所述水溶性纤维素和PVP的质量比为10：1～1：1。作为优选方案，所述水溶性纤维素为天然水溶性纤维素及其改性产品、合成类水可溶性纤维素中的一种或几种。作为优选方案，所述水溶性纤维素为海藻纤维、聚乙烯醇纤维、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂、改性的醋酸纤维素中的一种或者几种混合，或上述水溶性聚合物的衍生物。作为优选方案，步骤S1中，所述溶剂为去离子水、水溶液、或者有机溶剂中的一种或几种。所述的有机溶剂为在一个标准大气压下，凝固点在-50℃以上的、且易与水混溶和易升华的有机溶剂。作为优选方案，步骤S1中所述溶剂为去离子水，或者为去离子水与醇形成的混合溶液。作为优选方案，步骤S2中，所述冷冻干燥具体包括以下步骤：在液氮存在条件下，-50℃真空下干燥22-26h。作为优选方案，步骤S2中，所述静置具体采用以下步骤：将冷冻干燥后的干燥物在无水乙醇中静置2-3h。作为优选方案，步骤S2中，所述真空干燥的条件包括：120℃下真空干燥10-14h。本专利技术采用水溶性纤维素与PVP制备多孔隔膜材料，是利用水溶性纤维素和PVP与溶剂在冷冻过程中，溶剂结晶过程中挤压了分散或溶解在溶剂中的组分，冷冻干燥溶剂升华以及PVP再溶于乙醇后得到多孔隔膜的制备方法。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：(1)本专利技术制备方法简单，绿色环保；(2)本专利技术可以通过控制冷冻干燥步骤中的冷却速度，可制备不同孔径的多孔隔膜材料；(3)本专利技术制备的多孔隔膜材料孔隙率高，比表面积适中，有利于电解液的润湿。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术多孔隔膜材料的扫描电镜(SEM)照片；图2为本专利技术多孔隔膜材料在锂空气电池中应用的循环性能。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例涉及一种锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，将5.0g羟丙基纤维素和1.0g的PVP溶于100g去离子水中，待充分溶解后，得到A溶液；步骤2，将所述A溶液在特定的模具中流延成薄膜状，然后在液氮中进行冷冻成型，然后在-50℃条件下真空干燥24h，得到干燥物B；步骤3，将干燥物B在无水乙醇中静置2h，取出并真空干燥12h得到多孔隔膜材料。材料扫描电镜(SEM)的图片如图1所示，5～20μm的孔比较均匀的分布于膜上，孔隙率为70％，这有利于电解液的润湿，从而提高电池性能。将隔膜应用于锂空气电池，在电流密度200mA/g并且限定放电容量1000mAh/g的条件下，循环超过50次(见图2)。实施例2本实施例涉及一种锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，将1.0g甲基纤维素和1.0g的PVP溶于100g去离子水中，待充分溶解后，得到A溶液；步骤2，将所述A溶液在特定的模具中流延成薄膜状，然后在液氮中进行冷冻成型，然后在-50℃条件下真空干燥24h，得到干燥物B；步骤3，将干燥物B在无水乙醇中静置2h，取出并真空干燥12h得到多孔隔膜材料。本实施例制备的多孔隔膜材料，5～20μm的孔比较均匀的分布于膜上，孔隙率为80％。将隔膜应用于锂空气电池，在电流密度200mA/g并且限定放电容量1000mAh/g的条件下，循环超过50次。实施例3本实施例涉及一种锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，将2.0g羧甲基纤维素钠和1.0g的PVP溶于100g去离子水中，待充分溶解后，得到A溶液；步骤2，将所述A溶液在特定的模具中流延成薄膜状，然后在液氮中进行冷冻成型，然后在-50℃条件下真空干燥24h，得到干燥物B；步骤3，将干燥物B在无水乙醇中静置2h，取出并真空干燥12h得到多孔隔膜材料。本实施例制备的多孔隔膜材料，5～20μm的孔比较均匀的分布于膜上，孔隙率为75％。将隔膜应用于锂空气电池，在电流密度200mA/g并且限定放电容量1000mAh/g的条件下，循环超过50次。实施例4本实施例涉及一种锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤1，将10.0g羟乙基纤维素和1.0g的PVP溶于100g去离子水中，待充分溶解后，得到A溶液；步骤2，将所述A溶液在特定的模具中流延成薄膜状，然后在液氮中进行冷冻成型，然后在-50℃条件下真空干燥24h，得到干燥物B；步骤3，将干燥物B在无水乙醇中静置2h，取出并真空干燥12h得到多孔隔膜材料。本实施例制备的多孔隔膜材料，5～20μm的孔比较均匀的分布于膜上，孔隙率为60％。将隔膜应用于锂空气电池，在电流密度200mA/g并且限定放电容量1000mA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：S1、将水溶性纤维素和PVP加入到溶剂中溶解，得到A溶液；S2、将所述A溶液流延成薄膜状，然后进行冷冻干燥、静置、真空干燥，即可得到所述的多孔隔膜材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：S1、将水溶性纤维素和PVP加入到溶剂中溶解，得到A溶液；S2、将所述A溶液流延成薄膜状，然后进行冷冻干燥、静置、真空干燥，即可得到所述的多孔隔膜材料。2.如权利要求1所述的锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述水溶性纤维素和PVP的总质量占A溶液质量的0.1％～10％。3.如权利要求1所述的锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述水溶性纤维素和PVP的质量比为10：1～1：1。4.如权利要求1-3任一项所述的锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，其特征在于，所述水溶性纤维素为天然水溶性纤维素及其改性产品、合成类水可溶性纤维素中的一种或几种。5.如权利要求4所述的锂空气电池多孔隔膜材料的制备方法，其特征在于，所述水溶性纤维素为海藻纤维、聚乙烯醇纤维、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、甲基纤维素、...

【专利技术属性】
技术研发人员：章俊良，吴爱明，夏国锋，吴若飞，沈水云，张尧，朱凤鹃，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31