一种纳米纤维素隔膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及电池隔膜材料技术领域，具体公开了一种纳米纤维素隔膜的制备方法，包括：将纳米纤维素与丙烯酸混合，加入溶剂

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维素隔膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电池隔膜材料
，尤其涉及一种纳米纤维素隔膜及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]电池隔膜是一层多孔的绝缘层，是锂电池产品关键部件之一，在电池中起着防止正极与负极接触，防止短路，并且吸附电池中电解液，确保高的离子导电率，确保在电池发生异常时使电池反应停止，提高电池的安全性能的重要作用
。
当前，锂离子电池主要使用的隔膜是聚烯烃类隔膜，这类隔膜存在热稳定性差和电解液浸润性差的问题，极易造成电池正负极片接触，发生短路，瞬间产生大量热量致使电池出现起火，爆炸现象，影响动力电池的安全性
。
且聚丙烯类隔膜主要来源于不可再生的化石原料，难以满足高性能锂离子电池绿色低碳发展的需要
。
纤维素作为天然高分子材料，结构稳定性好，既具有热稳定性强和电解液润湿性好的优点，又具有储量丰富
、
来源广泛
、
可再生降解的优势，在新一代锂离子电池隔膜中具有巨大的应用潜力
。
然而，普通造纸用纤维素纤维的隔膜存在强度低
、
柔韧性差
、
孔径大等问题，特别是经过纤丝化的微细的纤维部分容易溶解，这些微细的纤维部分选择性地消失，因此，隔膜纸的隔离性容易降低，电池容易发生内部短路
。
而较小长径比的纳米纤维素制备的隔膜具有过于致密的结构，难以满足锂离子电池隔膜的高电导率性能要求
。
因此，如何提供一种绿色安全<br/>、
电解液浸润性好
、
热稳定性强及电导率高的锂离子电池隔膜，成为研究的热点
。
[0003]公开号为
CN105926347A
中国专利公开了一种锂离子电池隔膜纸的生产方法，采用木浆
、
溶解浆和纳米纤维素作为原料混合均匀，送入流送系统，在流送系统中的高位箱或流浆箱之前加入聚氧化乙烯，在造纸纸机上进行抄造成形，经干燥，压光后制得的纳米纤维素锂离子电池隔膜纸，然后在纳米纤维素锂离子电池隔膜纸的表面进行高亲水性
、
耐高温性陶瓷涂布，得到锂离子电池隔膜；该锂离子电池隔膜需要结合纳米纤维素锂离子电池隔膜纸和陶瓷涂层，能够提高隔膜的稳定性和润湿性以及机械性能和耐热性性能
。
但是纳米纤维素基隔膜孔隙率较低，导致锂离子移动受限，通常需要配合复杂的造孔工艺来提高孔隙率，而且该方法制备的电池隔膜性能具有向异性，不利于应用
。

技术实现思路

[0004]针对以上不足，本专利技术提供一种纳米纤维素隔膜的制备方法，制备得到的纳米纤维素隔膜具有好的电解液润湿性
、
机械强度高
、
离子电导率高等特性，具体技术方案如下：
[0005]一种纳米纤维素隔膜的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)
将纳米纤维素与丙烯酸混合，加入溶剂，再加入催化剂，在
30
～
100℃
进行酯化反应，得到纳米纤维素丙烯酸酯；
[0007](2)
在步骤
(1)
得到的纳米纤维素丙烯酸酯中加入第二单体，然后加入引发剂进行聚合反应，过滤，加入氢氧化锂或碳酸锂溶液搅拌，然后过滤洗涤，干燥
、
粉碎，得到纳米纤
维素锂接枝聚丙烯酸盐；
[0008](3)
将纳米纤维素锂接枝聚丙烯酸盐分散在水中得到悬浮液，利用装有聚四氟乙烯滤膜的砂芯漏斗对悬浮液进行减压抽滤，得到湿态的纳米纤维素膜；
[0009](4)
将滤膜和湿态的纳米纤维素膜一起取下，移入无水乙醇中进行溶剂置换，置换后的湿膜，干燥，得到纳米纤维素隔膜
。
[0010]优选的，上述的纳米纤维素隔膜的制备方法中，所述丙烯酸用量为所述纳米纤维素质量的
0.1
～5％
。
[0011]优选的，上述的纳米纤维素隔膜的制备方法中，所述的溶剂为水
、
甲醇
、
乙腈
、
异丙醇
、
四氢呋喃
、N
，
N
二甲基甲酰胺
、
二氧六环中的一种或几种，所述溶剂用量为所述纳米纤维素质量的2～
10
倍；所述催化剂为4‑
二甲氨基吡啶
、
二环己基碳二亚胺
、N,N'
‑
二异丙基碳二亚胺
、1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基
)
‑3‑
乙基碳二亚胺盐酸盐，所述催化剂的用量为所述丙烯酸质量的
0.1
～2％
。
[0012]优选的，上述的纳米纤维素隔膜的制备方法中，所述步骤
(1)
中，酯化反应时间为1～
10h。
[0013]优选的，上述的纳米纤维素隔膜的制备方法中，所述步骤
(2)
中，第二单体为丙烯酸
、
甲基丙烯酸
、
丙烯腈
、
丙烯酰胺或丙烯酸羟乙酯，所述第二单体用量为丙烯酸质量的
0.1
～
10
倍；引发剂为偶氮二异丁腈
、
过氧化二苯甲酰或过氧化二异丙苯
。
[0014]优选的，上述的纳米纤维素隔膜的制备方法中，所述氢氧化锂或碳酸锂用量为所述丙烯酸质量的2～
12
倍
。
[0015]优选的，上述的纳米纤维素隔膜的制备方法中，所述聚合反应温度温
30
～
100℃
，反应时间为2～
8h。
[0016]优选的，上述的纳米纤维素隔膜的制备方法中，所述步骤
(3)
中，悬浮液中纳米纤维素锂接枝聚丙烯酸盐的质量百分数为
0.1
～
0.5
％；所述步骤
(4)
中，溶剂置换
1.5
～
2.5h
，置换后的湿膜加一层滤膜夹持，置于玻璃板中保持平整，在恒温鼓风干燥箱中在
50
～
70℃
干燥
20
～
36h。
[0017]另一方面，本专利技术还提供一种上述的制备方法制备得到的纳米纤维素隔膜
。
[0018]另一方面，本专利技术还提供上述的纳米纤维素隔膜在锂离子电池隔膜中的应用
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]1.
本专利技术的纳米纤维素隔膜的制备方法，通过接枝聚丙烯酸盐对纳米纤维素分子的结构进行柔性链改性，应用在锂电池隔膜上，提升了隔膜的机械性能和耐热性性能，进而提高了电池的安全性
。
[0021]2.
本专利技术的纳米纤维素隔膜的制备方法，用真本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种纳米纤维素隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将纳米纤维素与丙烯酸混合，加入溶剂，再加入催化剂，在
30~100℃
进行酯化反应，得到纳米纤维素丙烯酸酯；（2）在步骤（1）得到的纳米纤维素丙烯酸酯中加入第二单体，然后加入引发剂进行聚合反应，过滤；加入氢氧化锂或碳酸锂溶液搅拌，然后过滤洗涤，干燥
、
粉碎，得到纳米纤维素锂接枝聚丙烯酸盐；（3）将纳米纤维素锂接枝聚丙烯酸盐分散在水中得到悬浮液，利用装有聚四氟乙烯滤膜的砂芯漏斗对悬浮液进行减压抽滤，得到湿态的纳米纤维素膜；（4）将滤膜和湿态的纳米纤维素膜一起取下，移入无水乙醇中进行溶剂置换，置换后的湿膜，干燥，得到纳米纤维素隔膜
。2.
根据权利要求1所述的纳米纤维素隔膜的制备方法，其特征在于，所述丙烯酸用量为所述纳米纤维素质量的
0.1~5%。3.
根据权利要求1所述的纳米纤维素隔膜的制备方法，其特征在于，所述的溶剂为水
、
甲醇
、
乙腈
、
异丙醇
、
四氢呋喃
、N
，
N
二甲基甲酰胺
、
二氧六环中的一种或几种，所述溶剂用量为所述纳米纤维素质量的
2~10
倍；所述催化剂为4‑
二甲氨基吡啶
、
二环己基碳二亚胺
、N,N'
‑
二异丙基碳二亚胺
、1
‑
(3
‑
二甲氨基丙基
)
‑3‑
乙基碳二亚胺...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷智兰，王世其，
申请(专利权)人：桂林奇宏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：