聚离子液体包覆细菌纤维素膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种细菌纤维素膜及其制备方法，其中，该细菌纤维素膜的纳米纤维的表面包覆有一层聚离子液体，该聚离子液体为咪唑盐类、吡咯烷盐类、哌啶盐类和季铵盐类聚离子液体中的一种或几种的组合；制备方法包括以下步骤：将细菌纤维素膜依次置于聚离子液体水溶液中浸渍2h～48h、沉淀剂中浸渍30min～24h、锂盐溶液中浸渍2h～48h，最后利用热压机压薄，干燥后即得。本发明专利技术的有益之处在于：(1)聚离子液体包覆细菌纤维素膜具有机械强度高、热稳定性好、亲液性佳、孔隙率高和离子导电率大的优点，可提高锂离子电池的循环稳定性和安全性；(2)制备方法简单，设备要求低，适合规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
聚离子液体包覆细菌纤维素膜及其制备方法
本专利技术涉及一种细菌纤维素膜及其制备方法，具体涉及一种被聚离子液体包覆的细菌纤维素膜及其制备方法，属于电化学

技术介绍
隔膜是锂离子电池的关键组成部件，是影响锂离子电池安全性、容量、使用寿命和造价成本等指标的关键因素。随着锂离子电池的绿色、安全、长寿命和高功率密度化，亟需开发高性能隔膜。传统的锂离子电池隔膜由于安全性低、充放电效率低下、使用寿命短等缺点，所以无法满足新型动力电池的性能要求。因此，研究和开发高性能新型动力电池隔膜已成为是世界各国竞争的重大
目前，市场上的锂离子电池隔膜主要为聚烯烃多孔膜，这种隔膜由聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)为原料制备而成，制备过程简单，生产效率高，但是设备复杂，推高了隔膜的制作成本。此外，最关键的是，这种隔膜存在很多缺点，例如：1、耐热性不好，高温容易发生热收缩(PP熔融温度为165℃)，导致电池安全性不高；2、孔隙率低，导致吸液率低而不利于大电流充放电；3、表面能低，不利于与正、负极片的结合，界面电阻大，影响电池的能量密度；4、亲水性不好，对电解液的润湿和保持不够，影响锂离子的迁移及电池安全性。这些缺点使得聚烯烃多孔膜难以满足新型动力电池的使用要求。近年来，欧美发达国家和地区都竞相开发高性能动力电池隔膜。利用耐高温的聚合物(如聚对苯二甲酸乙二酯、聚酰亚胺、芳香族聚酰胺、聚对苯撑苯并二唑等)，通过静电纺丝工艺制备纳米纤维膜，可获得高孔隙率、耐热性高、亲液性好、离子电导率高、使用寿命长的锂离子电池隔膜。德国Degussa公司开发的以聚对苯二甲酸乙二酯隔膜为基底，陶瓷颗粒涂覆的复合膜，表现出优异的耐热性能，闭孔温度高达220℃。德国EVONIC公司开发的一款专门用于动力电池的高性能隔膜该膜的安全温度达210℃，热收缩率小于1％(200℃，24h)，浸润性明显改善，具有出色的热稳定性和化学稳定性。日本帝人技术产品有限公司于2013年开发出可大规模生产的芳纶纳米纤维，该纤维尺寸均匀，具有良好的耐热和抗氧化性能，并以非织造板材的形式应用于锂离子电池隔膜的制造。同样，利用耐高温聚合物制备锂离子电池隔膜，制作成本较高，导致锂离子电池价格降不下来。细菌纤维素(BC)是由细菌在一定条件下合成的高纯度纤维素，其分子主链由葡萄糖分子构成，通过强氢键形成高强度的纳米纤维，具有大量极性基团和三维微纳米多孔结构。细菌纤维素膜具有高孔隙率、高保水率、高耐热性、优异机械性能、良好生物相容性等优点，在生物医学、环境保护、能源材料等领域得到应用，在锂离子电池隔膜方面也具有广泛的商业化应用前景。蒋峰景等人采用改进的热压工艺制备了超薄的细菌纤维素膜隔膜(CN104157815B)，这种隔膜(干膜)可以作为锂离子电池隔膜使用，但是这种超薄细菌纤维素隔膜孔隙率较低，从而导致电导率比商业的隔膜低。而后，蒋峰景等人又通过在细菌纤维素纳米纤维上包覆无机纳米颗粒获得了无机包覆细菌纤维素多孔薄膜(CN106450115A)，这种隔膜具有弹性模量高、亲液性好、导电率高、热稳定性好的特点，可提高锂离子电池在动力电池、大规模储能等方面的性能和安全性。范玲玲等人通过浸渍方法(CN106531931A)使细菌纤维素膜吸入硝酸盐和纳米氧化物颗粒，然后用分步热压烘干的方法将硝酸盐分解得到金属氧化物-纤维素复合膜，用于锂离子电池隔膜时，电池表现出优异的性能和安全性，但由于二氧化硅颗粒分散在细菌纤维素膜的孔隙中，并不能有效增加纤维素膜的孔隙率，反而可能减少电解液的吸附量，导致隔膜性能得不到很好体现。使用细菌纤维素膜作为锂离子电池隔膜时，由于纤维素膜表面的羟基会与锂离子发生配合，降低锂离子的解离能力，导致离子电导率变低；并且，用于锂金属作为电极的高性能锂离子电池时，纤维素膜表面活泼基团可能会与金属锂发生反应，降低电池的安全性和长期使用寿命。因此，需要对细菌纤维素膜表面进行处理，同时引进促进锂离子传输的要素提高纤维素隔膜的离子电导率。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种具有较高的孔隙率、吸液率和离子导电率以及出色的高温尺寸稳定性的细菌纤维素膜。本专利技术的第二个目的在于提供一种简单高效、成本低的制备上述细菌纤维素膜的方法。为了实现上述第一个目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种细菌纤维素膜，其特征在于，前述细菌纤维素膜的纳米纤维的表面包覆有一层聚离子液体。前述的细菌纤维素膜，其特征在于，前述聚离子液体为咪唑盐类、吡咯烷盐类、哌啶盐类和季铵盐类聚离子液体中的一种或几种的组合。为了实现上述第二个目标，本专利技术采用如下的技术方案：制备前述的细菌纤维素膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将细菌纤维素膜置于聚离子液体水溶液中，浸渍2小时～48小时，使细菌纤维素膜吸附聚离子液体；(2)将步骤(1)得到的细菌纤维素膜放入沉淀剂中，浸渍30分钟～24小时，得到聚离子液体包覆的细菌纤维素膜；(3)将步骤(2)得到的聚离子液体包覆的细菌纤维素膜放入锂盐溶液中，浸渍2小时～48小时，得到交换阴离子后的聚离子液体包覆细菌纤维素膜；(4)利用热压机将步骤(3)得到的交换阴离子后的聚离子液体包覆细菌纤维素膜压薄，然后干燥，得到干净的聚离子液体包覆细菌纤维素膜。前述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，前述聚离子液体水溶液的浓度为0.001％～5％。前述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，前述沉淀剂为丙酮、乙醇、甲醇和异丙醇中的一种或多种的混合。前述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，前述锂盐为全氟烷基磺酸锂、全氟烷基磺酰亚胺锂、全氟烷基磺酰甲基锂和六氟磷酸锂中的一种或多种的混合，浓度为0.01％～10％。本专利技术的有益之处在于：(一)聚离子液体包覆细菌纤维素膜可以用作锂离子电池隔膜，具有机械强度高、热稳定性好、亲液性佳、孔隙率高和离子导电率大的优点，可提高锂离子电池的循环稳定性和安全性。在纳米纤维表面负载一层聚离子液体，可以克服纤维素羟基与锂离子的结合，并且聚离子液体可以促进锂离子与其对应阴离子的解离，提高电解液锂离子的电导率和快速迁移能力，适合作为新型大功率动力锂离子电池的隔膜。利用廉价且产量丰富的细菌纤维素负载聚离子液体，制作成本降低，进而可降低锂离子电池价格。(二)制备方法制备方法简单，设备要求低，适合规模化生产。附图说明图1(a)是BC膜的微观结构图；图1(b)是BC@PILs1-1.0膜的微观结构图；图2是BC@PILs1膜与BC膜的电化学窗口比较图；图3是BC@PILs1膜的离子电导率和聚离子液体溶液浓度的关系图；图4是BC@PILs1-1.0膜与BC膜和商业化PP膜的电池充放电性能比较图；图5是BC@PILs2-0.05膜的微观结构图；图6是BC@PILs2膜的离子电导率和聚离子液体溶液浓度的关系图；图7是BC@PILs3-2.0膜的微观结构图；图8是BC@PILs3膜的离子电导率和聚离子液体溶液浓度的关系图；图9是BC@PILs4-0.2膜的微观结构图；图10是BC@PILs4膜的离子电导率和聚离子液体溶液浓度的关系图。具体实施方式为使本专利技术的上述技术方案能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本专利技术做详细的介绍。实施例1配制100mL浓度为1.0％的聚二烯二甲基氯化铵水溶液(聚离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种细菌纤维素膜，其特征在于，所述细菌纤维素膜的纳米纤维的表面包覆有一层聚离子液体。

【技术特征摘要】
1.一种细菌纤维素膜，其特征在于，所述细菌纤维素膜的纳米纤维的表面包覆有一层聚离子液体。2.根据权利要求1所述的细菌纤维素膜，其特征在于，所述聚离子液体为咪唑盐类、吡咯烷盐类、哌啶盐类和季铵盐类聚离子液体中的一种或几种的组合。3.制备权利要求1所述的细菌纤维素膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将细菌纤维素膜置于聚离子液体水溶液中，浸渍2小时～48小时，使细菌纤维素膜吸附聚离子液体；(2)将步骤(1)得到的细菌纤维素膜放入沉淀剂中，浸渍30分钟～24小时，得到聚离子液体包覆的细菌纤维素膜；(3)将步骤(2)得到的聚离子液体包覆的细菌纤维素膜放入锂盐溶液中，浸渍2小时～48小时，得到交换阴离子后的聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟明，蔡高宏，何俊航，曾柏炼，
申请(专利权)人：佛山市东航光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44