【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锂电池领域，涉及一种锂金属电池用纤维素隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、自从1912推出商用锂电池以来，我们见证了电池的巨大发展，而近年来的电动汽车狂潮也不断推进电池技术的革新。与锂离子电池在全球市场应用的增长率相比，它们实际能量密度的增长难以满足更高能量密度的需求。从化学性能来看，这源于锂离子内在的局限性。因此，我们迫切需要开发除锂离子电池之外的其它化学电池体系。锂金属因具有较高的理论容量(3860ma h g-1)、最低的电化学电位(3.04v，相对于标准氢电极)，被认为是未来电池负极的理想选择。将锂金属负极应用于电池体系将获得极高的能量密度是众多研究者的目标。但是锂金属的高活性，不均匀的锂镀层，大体积变化，脆弱的固体电解质相间层的形成不可避免地导致低库仑效率的负面影响，锂枝晶的不可控生长以及“死”锂的形成，这些棘手的问题会导致锂金属和电解质的不可逆损失，导致持续容量衰减，甚至引发电池的热失控和爆炸。因此，在不断突破能量密度瓶颈的过程中，实现可靠的锂金属电池安全性变得至关重要。
2、隔膜作为电池中的关键部件，不仅为锂离子传输提供通道，还能隔绝正负极的直接接触，保证电池正常工作。因此，理想的隔膜将由廉价的绝缘材料制成，具有优秀的孔隙率和孔径分布、优异的机械性能、良好的电解质润湿性和高热稳定性。传统聚烯烃隔膜的突出弱点是熔点低，聚乙烯隔膜(pe)为135℃，聚丙烯隔膜(pp)为165℃，这意味着在过充或其他滥用时很容易收缩和塌陷造成短路。此外，全球聚烯烃隔膜的年消耗量估计已达到20亿平方米，但报废
3、为了解决这一系列问题，具有高热稳定性和电解质润湿性的纤维素隔膜受到越来越多的关注。纤维素材料具有比表面积大、孔隙率可调、结构可设计性、活性位点丰富、柔韧性好、导电性好等独特特性，可以在一定程度上克服目前隔膜存在的问题，在储能领域显示出巨大优势被广泛使用。在此基础上，基于我们课题组对生物质纤维素的研究，我们开发了一种绿色、简便、有效的方法，创新的使用葡萄糖浸泡热处理的方法制备碳包覆氧化锌材料，以一种碳包覆氧化锌涂覆的纤维素隔膜来抑制锂枝晶的生长，以实现无枝晶的锂镀覆并改善锂金属电池的电化学性能。
技术实现思路
1、本专利技术的专利技术目的是提供一种锂金属电池用纤维素隔膜及其制备方法和作为锂金属电池隔膜材料的应用，以提高锂电池的充放电稳定性、库伦效率和循环寿命。
2、下面具体说明本专利技术的技术方案。
3、第一方面，本专利技术提供了一种锂金属电池用纤维素隔膜，该纤维素隔膜由纤维素膜和涂覆在纤维素膜一侧的涂层组成，所述涂层由碳包覆纳米氧化锌颗粒与粘结剂组成。所述纤维素膜的另一侧未经改性。
4、作为优选，碳包覆纳米氧化锌颗粒与粘结剂的质量比为80％～60％：20％～40％。
5、作为优选，所述涂层的负载量为0.2-0.5g/cm2，更优选为0.3～0.4g/cm2。
6、第二方面，本专利技术提供了一种所述锂金属电池用纤维素隔膜的制备方法，包括如下步骤：
7、将碳包覆纳米氧化锌颗粒与粘结剂、分散试剂按比例混合均匀得到浆料，然后将浆料涂布在纤维素隔膜的一侧上，干燥即得到锂金属电池隔膜材料。
8、作为优选，所述的粘结剂为pvdf。
9、作为优选，所述分散试剂为n-甲基吡咯烷酮(nmp)。
10、作为优选，所述制备方法，具体按照如下步骤实施：
11、(1)将碳包覆纳米氧化锌颗粒与粘结剂、分散试剂充分混合得到的的浆料用刮刀均匀涂覆在纤维素隔膜的一侧上；
12、(2)将步骤(1)所得的涂覆后的隔膜在空气中静置0.5～2h；
13、(3)将步骤(2)静置完毕的隔膜放入真空干燥箱内，用40～60℃低温干燥10-15h；
14、(4)将步骤(3)初步干燥完毕的隔膜冲片，制成电池所需的大小，再次放入真空干燥箱内90～110℃高温烘干得到碳包覆氧化锌涂覆的纤维素隔膜。
15、作为优选，所述的碳包覆纳米氧化锌颗粒通过如下步骤制备得到：
16、(a)将纳米氧化锌与葡萄糖以及溶剂混合，室温搅拌12～24h，将形成的溶液抽滤，过滤出葡萄糖包覆纳米氧化锌颗粒；其中以葡萄糖和氧化锌的总质量为100％计，氧化锌质量分数为20wt％～50wt％；
17、(b)将步骤(a)形成的葡萄糖包覆纳米氧化锌颗粒置于管式炉，在保护气氛中烧制，得到碳化产物；
18、(c)将步骤(b)所得的碳化产物经洗涤、抽滤、干燥后得到碳包覆纳米氧化锌颗粒。
19、作为进一步的优选，本专利技术步骤(a)中，葡萄糖和氧化锌的总质量与去离子水的体积之比为10～40g：100ml。
20、作为进一步的优选，所述的纳米氧化锌的纯度大于99％。
21、作为进一步的优选，本专利技术步骤(b)中，管式炉的升温速率是5～7℃/min(最优选为6℃/min)，烧制温度为500℃，烧制时间为4～6h，更进一步优选烧制时间为5h。
22、作为进一步的优选，本专利技术步骤(b)中，煅烧时保护气氛为氩气、氮气中的一种或两种任意比例的组合，更优选保护气氛的纯度大于90％。
23、作为进一步的优选，本专利技术步骤(c)中，洗涤试剂为蒸馏水。
24、第三方面，本专利技术提供了所述锂金属电池用纤维素隔膜在锂金属电池中的应用，所述纤维素隔膜的涂层面向负极。
25、所述锂金属电池的电池、电解液、组装均可按照常规方式进行选择和装配。
26、与现有技术相比，本专利技术的有益效果主要体现在：
27、(1)本专利技术碳包覆氧化锌颗粒的制备方法安全方便节能，易制备，原材料绿色环保，经过一步高温碳化，直接得到碳包覆氧化锌颗粒材料；避免了传统水热合成法存在的设备成本高、工艺条件苛刻、产率低的问题。
28、(2)本专利技术隔膜涂覆的方法可以避免纤维素隔膜发生褶皱，并且可以彻底去除纤维素内部的残余水分，使得电池的性能更好。
29、(3)本专利技术制备的碳包覆氧化锌颗粒材料作为金属锂电池隔膜的涂层，涂覆在纤维素隔膜面向负极一侧。在充放电过程中，包覆的碳材料增加隔膜一侧的导电性；在电场作用下，氧化锌颗粒的亲锂性使得锂离子在均匀分布和优先成核的同时，改变了锂枝晶的生长方向，使锂枝晶由隔膜面向负极生长而非由负极面向隔膜生长，故即使生长锂枝晶也不会刺穿隔膜，从而达到锂负极保护的目的，使得锂电池库伦效率及循环寿命显著提高。
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1.一种锂金属电池用纤维素隔膜，其特征在于：所述纤维素隔膜由纤维素膜和涂覆在纤维素膜一侧的涂层组成，所述涂层由碳包覆纳米氧化锌颗粒与粘结剂组成。
2.如权利要求1所述的锂金属电池用纤维素隔膜，其特征在于：所述碳包覆纳米氧化锌颗粒与粘结剂的质量比为80％～60％：20％～40％。
3.如权利要求1所述的锂金属电池用纤维素隔膜，其特征在于：所述涂层的负载量为0.2-0.5g/cm2。
4.如权利要求3所述的锂金属电池用纤维素隔膜，其特征在于：所述涂层的负载量为0.3～0.4g/cm2。
5.一种如权利要求1-4之一所述的锂金属电池用纤维素隔膜的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述分散试剂为N-甲基吡咯烷酮，所述的粘结剂为PVDF。
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述制备方法具体按照如下步骤实施：
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的碳包覆纳米氧化锌颗粒通过如下步骤制备得到：
9.如权利要求8所述的制备
10.根据权利要求1-4之一所述的锂金属电池用纤维素隔膜在锂金属电池中的应用，其特征在于：所述纤维素隔膜的涂层面向负极。
...【技术特征摘要】
1.一种锂金属电池用纤维素隔膜，其特征在于：所述纤维素隔膜由纤维素膜和涂覆在纤维素膜一侧的涂层组成，所述涂层由碳包覆纳米氧化锌颗粒与粘结剂组成。
2.如权利要求1所述的锂金属电池用纤维素隔膜，其特征在于：所述碳包覆纳米氧化锌颗粒与粘结剂的质量比为80％～60％：20％～40％。
3.如权利要求1所述的锂金属电池用纤维素隔膜，其特征在于：所述涂层的负载量为0.2-0.5g/cm2。
4.如权利要求3所述的锂金属电池用纤维素隔膜，其特征在于：所述涂层的负载量为0.3～0.4g/cm2。
5.一种如权利要求1-4之一所述的锂金属电池用纤维素隔膜的制备方法，其特征在于：所...
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