一种通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于复合材料技术领域，具体涉及一种通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜及其制备方法和应用。该方法包括以下步骤：1)制备聚乙烯醇溶液；2)将木质素磺酸盐、聚乙烯醇溶液、氢氧化钠、尿素与水共混；3)将共混溶液预冷后加入纤维素搅拌溶解，得到纤维素基溶液；4)将纤维素基溶液进行超声分散和离心，得到铸膜液；5)将铸膜液浇铸在玻璃板上并通过流延法得到凝胶状片材，然后浸入凝固浴固化再生；6)固化的材料经洗涤、真空冷冻干燥，得到通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜。本发明专利技术在纤维素电池隔膜添加木质素磺酸盐，可显著的提高纤维素电池隔膜的拉伸强度等机械性能。机械性能。机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]纤维素基电池隔膜在比表面积、孔隙率等方面具有优势，且该种电池可以在。除此之外，纤维素是自然界中分布最广、含量最高的高分子材料，每年的产量有2000亿吨左右，并且纤维素化学稳定性好，不溶于水，易降解，因此纤维素有广泛的应用与发展，纤维素基电池隔膜也拥有巨大的发展潜力和广阔前景。
[0003]纤维素基电池隔膜的平均孔径较大，电池隔膜的平均孔径一般要求小于1μm，孔隙率一般在40％～60％之间，而纤维素基电池隔膜的孔隙率在70％附近。孔隙率过高会使隔膜的力学性能降低，并且在高温环境下隔膜会有收缩趋势，电池的性能就会进一步减弱。纤维素基电池隔膜的拉伸强度为10MPa左右，而商用电池隔膜的拉伸强度一般要求在100MPa以上。隔膜的机械性能对电池的工作稳定性与安全性能至关重要，如果隔膜遭受外力作用发生形变导致破损，将会引发电池内部短路，进而甚至导致着火、爆炸。足够的机械强度可以保证电池隔膜在生产、使用的过程中不会轻易产生撕裂、破损等安全事故从而引起危险。隔膜的力学性能是目前纤维素基电池隔膜面临的最大问题，因此纤维素基锂电池隔膜需要开发改性技术来提升隔膜的性能。
[0004]中国专利CN112876744A公开了一种利用木质素磺酸盐增强纳米纤维素膜力学性能的方法，所制得的电池隔膜力学性能增强，断裂伸长率也有提升，但是其制备过程需要将纳米纤维素与木质素磺酸盐的混合分散液进行水热反应，水热反应产物还需要经过水洗和抽滤，过程十分繁琐，不利于实际使用。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜及其制备方法和应用，以解决现有技术中纤维素锂电池隔膜力学性能较差、纤维素锂电池隔膜制备过程较为复杂的技术问题。
[0006]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0007]一种通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0008]1)将聚乙烯醇溶于热水中，高温搅拌溶解后经冷却得到聚乙烯醇溶液；
[0009]2)将木质素磺酸盐、步骤1)得到的聚乙烯醇溶液、氢氧化钠、尿素与水共混，得到氢氧化钠、尿素、木质素磺酸盐和聚乙烯醇的水溶液；
[0010]3)将步骤2)得到的氢氧化钠、尿素、木质素磺酸盐和聚乙烯醇的水溶液预冷后加入纤维素搅拌溶解，得到纤维素基溶液；
[0011]4)将步骤3)得到的纤维素基溶液进行超声分散和离心，得到铸膜液；
[0012]5)将铸膜液浇铸在玻璃板上并通过流延法得到凝胶状片材，然后浸入凝固浴固化再生；
[0013]6)固化的材料经洗涤、真空冷冻干燥，得到通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜。
[0014]上述技术方案中，通过在纤维素电池隔膜添加木质素磺酸盐，可显著的提高纤维素电池隔膜的拉伸强度等机械性能，并有助于提升吸液率，和降低热收缩率。
[0015]具体的，步骤2)中，所述的木质素磺酸盐包括但不仅限于木质素磺酸钠、木质素磺酸钙或木质素磺酸镁中的任意一种或多种。
[0016]具体的，步骤2)中，得到的氢氧化钠、尿素、木质素磺酸盐和聚乙烯醇的水溶液中，木质素磺酸盐的质量分数为0.02～0.2wt％。
[0017]上述技术方案中，木质素磺酸盐的质量分数过高导致隔膜吸液率低，孔隙率低；过低导致隔膜机械性能差。
[0018]具体的，木质素磺酸盐的质量分数为0.02～0.2wt％。
[0019]具体的，聚乙烯醇溶液的质量分数为4～14wt％。
[0020]具体的，氢氧化钠的质量分数为5～20wt％。
[0021]具体的，尿素的质量分数为10～20wt％。
[0022]具体的，步骤3)中，得到的纤维素基溶液中，纤维素的质量分数为1.0～8.0wt％。
[0023]上述技术方案中，过高含量的纤维素不能完全溶解于铸膜液中，且孔隙率降低；过低会导致机械性能差。
[0024]具体的，步骤3)中：预冷温度为
‑
15～
‑
10℃；搅拌溶解时间为5～15分钟。
[0025]具体的，步骤5)中，所述凝固浴包括但不限于稀硫酸、稀盐酸、碳酸或去离子水中的任意一种或多种。
[0026]具体的，步骤5)中，所述真空冷冻干燥包括：将洗涤后的湿膜先放在超低温冰箱预冻30min，然后真空冷冻干燥72h。预冻温度可为
‑
50℃，真空冷冻干燥时间可为72h。
[0027]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜。
[0028]本专利技术还提供了上述通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜的应用，用于制备锂电池隔膜。
[0029]本专利技术制备工艺简单且生产周期较短，使用的材料绿色环保，对环境友好，可回收利用，成本较低。在性能方面，不仅继承了传统纤维素基锂电池隔膜的稳定性强的优点，而且该种锂电池隔膜还解决了纤维素锂电池隔膜制备过程较为复杂且机械性能较差的技术问题。本专利技术提供了一种解决纤维素基锂电池隔膜力学性能较差的问题的解决方案。
附图说明
[0030]图1是本专利技术(a部分)对比例1未加入木质素磺酸盐的纤维素隔膜(CMs)与(b部分)实施例1加入木质素磺酸盐的纤维素隔膜(CMs
‑
SL)的正面电镜图。
具体实施方式
[0031]以下对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。
[0032]本专利技术提供了一种木质素磺酸盐提升纤维素基电池隔膜力学性能的制备方法，包括以下步骤：
[0033]S1、将聚乙烯醇溶于热水中，高温搅拌溶解后经冷却得到聚乙烯醇溶液；
[0034]S2、将木质素磺酸盐、聚乙烯醇溶液、氢氧化钠、尿素与水共混,得到氢氧化钠/尿素/木质素磺酸盐/聚乙烯醇/水溶液；
[0035]S3、将氢氧化钠/尿素/木质素磺酸盐/聚乙烯醇/水溶液预冷至
‑
15～
‑
10℃后加入纤维素搅拌溶解，得到纤维素基溶液；
[0036]S4、将纤维素溶液进行超声分散和离心，得到铸膜液；
[0037]S5、将铸膜液浇铸在玻璃板上并通过流延法得到凝胶状片材，然后浸入凝固浴固化再生；
[0038]S6、固化的材料经洗涤、真空冷冻干燥，得到具有优良机械性能的木质素磺酸盐纤维素基锂电池隔膜。
[0039]聚乙烯醇的质量分数为4～14wt％，聚乙烯醇的醇解度为72.0～99.5mol％.
[0040]木质素磺酸钠的质量分数为0.02～0.2wt％。
[0041]本专利技术中，离心在室温下进行，离心速率为4000rpm，离心时间为10m本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将聚乙烯醇溶于热水中，高温搅拌溶解后经冷却得到聚乙烯醇溶液；2)将木质素磺酸盐、步骤1)得到的聚乙烯醇溶液、氢氧化钠、尿素与水共混，得到氢氧化钠、尿素、木质素磺酸盐和聚乙烯醇的水溶液；3)将步骤2)得到的氢氧化钠、尿素、木质素磺酸盐和聚乙烯醇的水溶液预冷后加入纤维素搅拌溶解，得到纤维素基溶液；4)将步骤3)得到的纤维素基溶液进行超声分散和离心，得到铸膜液；5)将铸膜液浇铸在玻璃板上并通过流延法得到凝胶状片材，然后浸入凝固浴固化再生；6)固化的材料经洗涤、真空冷冻干燥，得到通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜。2.根据权利要求1所述的通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的木质素磺酸盐包括但不仅限于木质素磺酸钠、木质素磺酸钙或木质素磺酸镁中的任意一种或多种。3.根据权利要求1所述的通过木质素磺酸盐提升机械性能的纤维素电池隔膜的制备方法，其特征在于，步骤2)中，得到的氢氧化钠、尿素、木质素磺酸盐和聚乙烯醇的水溶液中：木质素磺酸盐的质量分数为0.02～0.2wt％；聚乙烯醇溶液的质量分数为4～14w...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓刚，苗雯雯，张道桓，樊羽林，李晨琛，肖健，刘根炎，吴风收，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：