[发明专利]一种纳米纤维素改良的锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米纤维素改良的锂离子电池隔膜及其制备方法，目的是为了提供一种具有较高的亲水性、吸液率、保液率、机械性能和环境友好性的新型纳米纤维素改良的锂离子电池隔膜及其制备方法。一种新型纳米纤维素改良的锂离子电池隔膜包括纤维素纳米纤维‑锂和聚合物基体，通过配置刮膜液、脱泡、刮膜、凝固浴制得。本发明制备的纤维素纳米纤维‑锂改良的锂离子电池隔膜，其良好地保持了天然纤维素Ⅰ晶型结构，赋予复合膜提较好的机械性能，提高了复合膜的亲水性和热稳定性，该方法具有非常高的产业化生产能力，应用前景广阔。

技术领域

本发明设计制备一种锂离子电池隔膜及其制备方法，具体涉及一种新型纳米纤维素改良的锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

纤维素是一种自然界中储量丰富的可再生资源，以纤维素为原料生产的材料具有许多优良特性，如介电常数高、抗刺穿性强、化学稳定性好，热稳定好、可降解等，在造纸、电子产品、工业加工、医学等领域得到广泛的应用。近几年，很多膜材料研究者都致力于研发低成本、可再生的纤维素原料制备高性能隔膜，尤其是以纤维素、改性和增强的纤维素为主体原料的锂离子电池隔膜，并与聚烯烃隔膜在耐热性、抗刺穿性、强度、电阻大小、耐高电压性等方面进行比较研究。在纤维素分子内、分子间氢键以及范德华力的作用下，纤维素大分子链聚集在一起形成了具有纤维素Ⅰ晶型结构的纤维素基元原纤。但是，在自然界中纤维素聚集体并不是一种完美的晶体结构，还存在着大量的无定形区域。可通过物理、化学的方式将纤维素基元原纤从天然纤维素聚集态中有效、完整的剥离出来。目前，天然纤维素纳米材料制备方式主要有机械法、酸水解法和TEMPO催化氧化法。相较之下TEMPO法制备得到的纤维素纳米纤维在很大程度上保持了天然木浆基元原纤的结构特征，因此纤维素纳米纤维具有天然纤维素基元原纤的许多优秀性质，如：极其小的直径(大约3～4nm)、长径比超过250(长可以达到微米级)、较高的弹性模量(140～150GPa)、较小的密度(1.6g.cm^-3)、较高的结晶度(70％～95％)、可以与玻璃相媲美的光折射系数以及较小的热膨胀系数等。此外，通过金属离子交换的方式也可以提高纤维素纳米纤维的热稳定性。

锂离子电池作为一种高能量绿色二次电池，具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点，已广泛应用于智能移动设备、混合动力汽车、电动车、太阳能发电系统等新能源领域，发展迅速。这些领域不仅要求电池具有高能量、功率密度，对电池的安全性要求也越来越高。而隔膜是影响并决定锂离子电池电化学性能和安全性的重要因素。目前，商品化锂离子电池的隔膜材料主要仍采用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。但是，聚乙烯、聚丙烯隔膜对电解质亲和性较差，存在吸液率和保液率低等不足，电解液容易发生侧漏，电池的安全性存在隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高的亲水性、吸液率、保液率、机械性能和环境友好性的新型纳米纤维素改良的锂离子电池隔膜及其制备方法。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种新型纳米纤维素改良的锂离子电池隔膜包括以下重量百分比组份：

纤维素纳米纤维-锂(CNFs-Li) 0％～20％，

聚合物基体 80％～100％，

所述聚合物基体为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、醋酸纤维素、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、氰乙基纤维素、聚酰亚胺、聚氨酯、聚砜、聚醚砜、聚乙烯醇、聚氧化乙烯中的一种。

进一步的，所述纤维素纳米纤维-锂通过如下方法制备：

A.合成纤维素纳米纤维-钠(CNFs-Na)：试剂纤维素、TEMPO、溴化钠、次氯酸钠质量比15：0.25：0.5：100，pH控制在9～11，室温下搅拌反应6～12h，然后超声得到纤维素纳米纤维-钠；