复合隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电化学储能技术领域，公开了一种复合隔膜及其制备方法和应用。该方法包括：S1：将纤维素基体与海藻酸盐接触以进行溶胀处理，得到混合物I；S2：将所述混合物I进行冷冻干燥I，得到混合物II；所述冷冻干燥I的条件至少满足：温度

【技术实现步骤摘要】
复合隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电化学储能
，具体涉及一种复合隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]自20世纪70年代进入商业化至今，锂离子电池取得了巨大的进展。人们在关注高能量密度和高功率密度的同时，对锂离子的安全性能要求也越来越高。这就要求锂离子电池在具有高容量的同时还需具备优异的安全性能。
[0003]锂离子电池的主要核心组成包括：正极材料、负极材料、电解液和隔膜。隔膜的主要作用是防止正负极发生短路，同时允许锂离子能够自由穿过隔膜。因此，隔膜性能的好坏直接影响着锂离子电池的电化学性能和安全性能。
[0004]目前市场上常用的锂离子电池隔膜主要为聚烯烃微孔隔膜，其性能良好且价格低廉，能满足3C类(计算机类、通信类和消费类)电子领域电池的要求。但此类隔膜的耐热性差和电解液的浸润性差，不能很好地满足动力电池或者储能电池。
[0005]因此，开发能适应动力电池高的热稳定性能要求的改性隔膜及复合隔膜已经成为现在的研究热点。
[0006]CN114744362A公开了一种改善金属锌负极稳定性的功能性隔膜，包括聚合物多孔膜和用于修饰聚合物多孔膜表面和孔道中的海藻酸锌，修饰量为0.1wt％
‑
10wt％，采用原位引导交联法在多孔隔膜表面及孔道中同时引入具有高离子传导性和亲锌性的海藻酸锌，构筑栅栏型离子传输通道，制得具有高离子传导性和稳定性的多功能隔膜。该现有技术应用商业化的混合纤维素酯膜作为聚合物多孔膜，并将海藻酸锌引入至其表面和孔道内部，实现锌离子传输的均匀性和连续性，将该功能性隔膜应用在锌电池中能够在一定程度上保证锌负极的稳定性；但是，该现有技术提供的隔膜具有热稳定性差、储液能力差的缺陷。
[0007]CN106099014A公开了一种纤维基锂电池隔膜的制备方法，首先将海藻酸钠和纳米纤维素制备成纺丝液，进行静电纺丝，进而制备得到纤维基膜，再将木醋杆菌接种到发酵培养基中培养，将纤维基膜浸泡在生长有木醋杆菌的培养基中，使微生物对纤维素基膜表面进行改性，再对膜表面灭菌，然后将改性纤维基膜放入等离子体处理装置中进行等离子体处理，得到纤维基锂电池隔膜。该现有技术获得的纤维基锂电池隔膜电极亲和力高，化学稳定性强，但是，该现有技术提供的隔膜机械强度差。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是为了提供一种机械强度高、耐热性强，并且电解液浸润性好的复合隔膜。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种制备复合隔膜的方法，该方法包括以下步骤：
[0010]S1：将纤维素基体与海藻酸盐接触以进行溶胀处理，得到混合物I；
[0011]S2：将所述混合物I进行冷冻干燥I，得到混合物II；所述冷冻干燥I的条件至少满
足：温度
‑
50℃至
‑
30℃，真空度0.2
‑
5Pa，时间12
‑
48h；
[0012]S3：将所述混合物II与阳离子源进行接触反应，得到所述复合隔膜。
[0013]优选地，在步骤S1中，所述纤维素基体选自细菌纤维素布、棉质纤维素布中的至少一种。
[0014]优选地，在步骤S1中，所述纤维素基体的平均孔径为50nm至10μm。
[0015]优选地，在步骤S1中，所述溶胀处理的条件至少满足：温度为10
‑
40℃，时间为6
‑
72h。
[0016]优选情况下，在步骤S1中，所述海藻酸盐以海藻酸盐水溶液的形式提供，且所述纤维素基体与以干基计的所述海藻酸盐的用量重量比为1：500
‑
5000。
[0017]优选地，在步骤S1中，所述海藻酸盐以海藻酸盐水溶液的形式提供，且所述海藻酸盐水溶液中海藻酸盐的浓度为0.02
‑
0.2g/mL。
[0018]优选地，在步骤S2中，所述冷冻干燥I的条件至少满足：温度为
‑
50℃至
‑
40℃，真空度为0.2
‑
5Pa，时间为24
‑
30h。
[0019]优选情况下，在步骤S3中，所述阳离子源中的阳离子选自Ca
2+
、Fe
2+
、Zn
2+
、Fe
3+
、Al
3+
中的至少一种。
[0020]优选地，在步骤S3中，所述阳离子源的用量使得由所述接触反应形成的体系中的阳离子的起始浓度为20
‑
120mmol/L。
[0021]优选地，在步骤S3中，所述接触反应的条件至少满足：温度为10
‑
40℃，时间为2
‑
24h。
[0022]本专利技术的第二方面提供由前述第一方面所述的方法制备得到的复合隔膜。
[0023]本专利技术的第三方面提供前述第二方面所述的复合隔膜在电池电化学装置中的应用。
[0024]本专利技术的第四方面提供一种电池，该电池包括正极、负极、复合隔膜、电解液，所述复合隔膜为前述第二方面所述的复合隔膜。
[0025]优选地，所述电池为锂离子电池、钠离子电池、锌离子电池、镁离子电池、铝离子电池、钙离子电池中的至少一种。
[0026]相比于现有技术，本专利技术提供的技术方案至少具有以下优势：
[0027]一、采用本专利技术提供的方法制备得到的复合隔膜具有更高的机械强度和更优异的耐热性，能够有效避免电池内部短路，显著提高了电池的安全性；
[0028]二、采用本专利技术提供的方法制备得到的复合隔膜具有更强的电解液浸润性，能够有效提高离子电导率；
[0029]三、采用本专利技术提供的方法制备得到的复合隔膜具有更强的储液能力，有效避免了电解液的泄露。
具体实施方式
[0030]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0031]在本专利技术中，所述平均孔径均表示孔的平均直径。
[0032]如前所述，本专利技术的第一方面提供了一种制备复合隔膜的方法，该方法包括以下步骤：
[0033]S1：将纤维素基体与海藻酸盐接触以进行溶胀处理，得到混合物I；
[0034]S2：将所述混合物I进行冷冻干燥I，得到混合物II；所述冷冻干燥I的条件至少满足：温度
‑
50℃至
‑
30℃，真空度0.2
‑
5Pa，时间12
‑
48h；
[0035]S3：将所述混合物II与阳离子源进行接触反应，得到所述复合隔膜。
[0036]优选地，在步骤S1中，所述纤维素基体为纤维素布。
[0037]更加优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备复合隔膜的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：将纤维素基体与海藻酸盐接触以进行溶胀处理，得到混合物I；S2：将所述混合物I进行冷冻干燥I，得到混合物II；所述冷冻干燥I的条件至少满足：温度为
‑
50℃至
‑
30℃，真空度为0.2
‑
5Pa，时间为12
‑
48h；S3：将所述混合物II与阳离子源进行接触反应，得到所述复合隔膜。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述纤维素基体为细菌纤维素布和/或棉质纤维素布；和/或，在步骤S1中，所述纤维素基体的平均孔径为50nm至10μm；和/或，在步骤S1中，所述溶胀处理的条件至少满足：温度为10
‑
40℃，时间为6
‑
72h。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述海藻酸盐以海藻酸盐水溶液的形式提供，且所述纤维素基体与以干基计的所述海藻酸盐的用量重量比为1：500
‑
5000；和/或，在步骤S1中，所述海藻酸盐以海藻酸盐水溶液的形式提供，且所述海藻酸盐水溶液中海藻酸盐的浓度为0.02
‑
0.2g/mL。4.根据权利要求1或2所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玉娇，胡恒广，闫冬成，
申请(专利权)人：东旭科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：