一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法，该方法加工得到的纤维素基复合隔膜是以天然可降解高分子材料：纤维素作为基体，利用化学发泡法结合纳米颗粒杂化的方法制备多孔纤维素基复合膜。多孔纤维素基复合膜通过化学发泡剂(碳酸铵)热分解形成的气体成孔，同时利用原位形成的纳米颗粒(如聚多巴胺、二氧化硅、氢氧化铝等)修饰改善纤维素基复合膜的性能。本发明专利技术制备纤维素基复合膜的工艺简单，节能、环保，得到的纤维素基复合隔膜应用于锂离子电池时，表现出良好的电化学性能，在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池隔膜制备领域，具体涉及一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]隔膜是锂离子电池的重要组成部分，也是当前制约高性能锂离子电池发展的一个重要元件。在商业化锂离子电池中，使用的最多的是石油基聚烯烃隔膜。聚烯烃隔膜的大量使用会带来环境和安全问题。废弃电池中的聚烯烃隔膜在自然条件下不易降解，容易造成环境污染。聚烯烃隔膜还容易诱发锂枝晶的形成。大量的锂枝晶会消耗液体电解质并降低活性锂质量，导致电池性能严重恶化。此外，不受控制的枝晶生长会刺穿聚烯烃隔膜，导致正、负极发生短路，从而引发着火或爆炸。因此，开发具有优异性能的新一代环保型隔膜材料意义重大。
[0003]纤维素是一种来源广泛、可生物降解的天然生物质材料。纤维素具有良好的润湿性和耐热性，加工成本低，对环境友好，是一种非常有发展前景的电池隔膜候选材料。隔膜材料通常要求高的孔隙率以利于离子在正、负极之间的快速扩散。目前，常用的成孔方法有：机械拉伸、溶剂蒸发、颗粒浸出和静电纺丝。大量研究表明，纤维素基膜要用作锂离子电池隔膜的关键在于，防止水分蒸发后具有丰富羟基的纤维素纳米纤维紧密堆积。为了调控纤维素基隔膜的孔隙率和孔径，通常可以通过冷冻干燥、表面改性和添加其他成分等途径实现。
[0004]发泡是一种通过气体释放，在膜材料内部产生孔隙的方法。化学发泡则是通过膜材料中化学物质的热分解而产生气体的方法。本专利选择使用的是化学发泡的方法结合纳米颗粒杂化法，制备高性能的锂离子电池用纤维素基复合隔膜。制备过程中碳酸铵(化学发泡剂)热分解释放的氨气和二氧化碳气体可以削弱纤维素纳米纤维之间的相互作用，促进孔隙结构的形成。纳米颗粒杂化法，是通过在纤维素膜的制备过程中加入纳米颗粒的前驱体或单体，在纤维素纳米纤维表面原位生成纳米颗粒对其进行修饰，纳米颗粒杂化法的引入，可以进一步提升纤维素基复合膜的性能。制备得到的多孔纤维素基复合隔膜有良好的电解液的吸收和离子传导能力。
[0005]基于此，本专利提供了一种工艺简单、绿色、环保制备一种高性能锂离子电池用纤维素基复合隔膜的方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法，包括如下步骤：S1、将纤维素纳米纤维分散液加水稀释，将稀释后的分散液超声除泡0.5h
‑
2h；
S2、将一定比例的碳酸铵溶解于上述配置好的分散液中，在该分散液中引入第二组份；利用真空抽滤机对分散液或者混合溶液进行固液分离得到滤饼；并对滤饼进行一定的处理。
[0008]S3、将处理后的滤饼在热台上热压2h，其中压力为10N
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20N，温度为80℃
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120℃;S4、升温至120℃等温热压30min去除残余溶剂，得到干燥的纤维素基复合膜。
[0009]进一步，所述S1中，稀释后的纤维素纳米纤维分散液的浓度为0.01%
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0.2%（wt%）。
[0010]进一步，所述S2中，所述第二组份的主要物质为盐酸多巴胺、硅酸四乙酯、十八水合硫酸铝中的一种或多种的混合物。
[0011]进一步，当在上述分散液中加入的单体为盐酸多巴胺时，纤维素纳米纤维、碳酸铵和盐酸多巴胺的质量比为：1: x: y，其中，x取值100
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1000，y取值10
‑
100；将混合分散液常温搅拌12h之后，利用真空抽滤机将上述混合溶液进行固液分离；将抽滤所得滤饼浸泡在无水乙醇中6
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48h进行溶剂交换。
[0012]进一步，当引入的前驱体为硅酸四乙酯时，先将上述分散液通过真空抽滤机抽滤成膜，然后将其浸泡在0.1mol/L的硅酸四乙酯乙醇溶液中12
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48h，其中纤维素纳米纤维、碳酸铵和硅酸四乙酯的质量比为：1: x: y，其中，x取值100
‑
1000，y取值200
‑
2000。
[0013]进一步，当引入的前驱体为十八水合硫酸铝时，在上述分散液中，加入1mol/L的十八水合硫酸铝水溶液和100mg聚乙二醇，超声10
‑
30min后，得到混合分散液；其中，纤维素纳米纤维、碳酸铵和十八水合硫酸铝的质量比为：1: x: y，其中，x取值100
‑
1000，y取值50
‑
3000,之后，利用真空抽滤机将上述混合溶液进行固液分离，将抽滤所得滤饼浸泡在无水乙醇中浸泡6
‑
48h进行溶剂交换。
[0014]进一步，所述纤维素纳米纤维为植物纤维素或细菌纤维素制备得到的纤维素纳米纤维中的一种或多种的混合物。
[0015]进一步，加入所述第二组份得到的纳米颗粒为聚多巴胺、二氧化硅、氢氧化铝中的一种或多种的混合物。
[0016]进一步，加工得到的锂离子电池用纤维素基复合隔膜的厚度为10
‑
30 μm。
[0017]本专利技术的有益效果为：本专利技术制得的纤维素基复合隔膜是以天然可降解高分子材料，纤维素作为基体，多孔纤维素基复合膜通过化学发泡剂(碳酸铵)热分解形成的气体成孔，同时利用原位形成的纳米颗粒(如聚多巴胺、二氧化硅、氢氧化铝等)修饰改善纤维素基复合膜的性能。本专利技术制备纤维素基复合膜的工艺简单，节能、环保，得到的纤维素基复合隔膜应用于锂离子电池时，表现出良好的电化学性能，在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例1所得到的纤维素基复合膜的扫描电镜图；图2是本专利技术实施例2所得到的纤维素基复合膜的扫描电镜图；图3是本专利技术实施例3所得到的纤维素基复合膜的扫描电镜图；图4是本专利技术对比例1所得到的纤维素膜的扫描电镜图；图5是本专利技术对比例2所得到的纤维素膜的扫描电镜图。
具体实施方式
[0019]下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。
[0020]实施例1纤维素基复合膜的加工步骤如下：S1、将细菌纤维素纳米纤维分散液加水稀释；稀释后的细菌纤维素纳米纤维分散液的浓度为0.1wt%；将配置好的分散液超声除泡0.5h；S2、将一定比例的碳酸铵溶解于上述配置好的分散液中；之后，在该分散液中，引入第二组份盐酸多巴胺；其中，细菌纤维素纳米纤维、碳酸铵和盐酸多巴胺的质量比为：1: x: y，其中，x取值1000，y取值100；将混合分散液常温搅拌12h之后，利用真空抽滤机将上述混合溶液进行固液分离；将抽滤所得滤饼浸泡在无水乙醇中12h进行溶剂交换；S3、将处理后的滤饼在热台上热压2h，其中压力为10N，温度为80℃。
[0021]S4、升温至120℃等温热压30min去除残余溶剂，得到干燥的纤维素基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将纤维素纳米纤维分散液加水稀释，将稀释后的分散液超声除泡0.5h
‑
2h；S2、将一定比例的碳酸铵溶解于上述配置好的分散液中，在该分散液中引入第二组份；利用真空抽滤机对分散液或者混合溶液进行固液分离得到滤饼；并对滤饼进行一定的处理；S3、将处理后的滤饼在热台上热压2h，其中压力为10N
‑
20N，温度为80℃
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120℃;S4、升温至120℃等温热压30min去除残余溶剂，得到干燥的纤维素基复合膜。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法，其特征在于，所述S1中，稀释后的纤维素纳米纤维分散液的浓度为0.01%
‑
0.2%（wt%）。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法，其特征在于，所述S2中，所述第二组份的主要物质为盐酸多巴胺、硅酸四乙酯、十八水合硫酸铝中的一种或多种的混合物。4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法，其特征在于，当在上述分散液中加入的单体为盐酸多巴胺时，纤维素纳米纤维、碳酸铵和盐酸多巴胺的质量比为：1: x: y，其中，x取值100
‑
1000，y取值10
‑
100；将混合分散液常温搅拌12h之后，利用真空抽滤机将上述混合溶液进行固液分离；将抽滤所得滤饼浸泡在无水乙醇中6
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48h进行溶剂交换。5.根据权利要求3所述的一种锂离子电池用纤维素基复合隔膜及其制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：那兵，邹淑芬，曾蓉，谢友森，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：