[发明专利]聚偏氟乙烯/氰乙基纤维素复合锂离子电池隔膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚偏氟乙烯/氰乙基纤维素复合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液性、保液率、离子电导率、机械性能和环境友好性的聚偏氟乙烯/氰乙基纤维素复合锂离子电池隔膜及其制备方法。本发明提供的复合锂离子电池隔膜包括氰乙基纤维素、纳米纤维素、聚偏氟乙烯，通过配置刮膜液、脱泡、刮膜、凝固浴制得。本发明制备的复合的锂离子电池隔膜，良好地保持了天然纤维素I晶型结构，赋予复合膜较好的机械性能，并且提高了复合膜的亲液性和热稳定性，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

本发明属于锂离子电池隔膜领域，具体涉及一种聚偏氟乙烯/氰乙基纤维素复合锂离子电池隔膜及其制备方法。

背景技术

日前，资源日益短缺，环境污染日益收到重视，应可再生资源发展的战略要求，天然高分子纤维素因其储量大、可再生、易化学修饰性等优势，充分利用其发展纤维素工业已成趋势，对其进行高附加值资源研究是全球经济、能源和新材料发展的热点领域之一。《可再生能源“十三五”发展规划》更将支持推动纤维素科学与技术进一步发展。纤维素是由D-吡喃葡萄糖环以β(1-4)糖苷键连接而成的半刚、线性天然高分子，化学式为(C₆H₁₀O₅)_n(n＝10000-15000)，葡萄糖环基上有很多羟基，可发生多种反应，得到一系列衍生物。纤维素衍生物包含纤维素醚、纤维素酯、纤维素纳米纤维素等。纤维素及其衍生物具有储量大、可再生、绿色环保、生物相容、可生物降解等特点。因为这些优点，纤维素及其衍生物发展迅速，涉及能源、光电、医药、水处理等各个领域。

氰乙基纤维素(CEC)是纤维素衍生物中开发和研制比较早的的纤维素醚，经过碱化后与丙烯腈通过Michael加成反应而制得。氰乙基纤维素(CEC)机械性能优异，热性能良好，抗热抗酸性很好，电化学稳定性良好。高取代CEC是介电常数很高的有机溶型纤维素衍生物，具有良好的介电性能，介电常数可达12-15，且介电损耗小。复合隔膜材料的基本性能。

纤维素纳米材料是将纤维素基元原纤从天然纤维素聚集态中有效、完整的剥离出来纳米尺度的纤维。纤维素纳米材料通常分为纤维素/纳米纤维素(MFC/NFC)、纤维素纳米晶体和细菌纤维素等。有高的结晶度，因其表面存在负电荷可均匀分散于一些溶剂中，可作为好的增强、增韧、分散材料。

锂离子电池，因其能量密度高、无污染等特点，已广泛应用于电子设备、新能源、航空航天等领域，发展迅速。应用领域的扩大对锂离子电池提出了更高的要求，希望其具有高的能量，大的功率密度，越来越好的安全性能。隔膜作为电池的第三电极，影响并决定锂离子电池电化学性能和安全性能。目前，市场上锂离子电池的隔膜多用聚乙烯、聚丙烯微孔膜。但聚乙烯、聚丙烯隔膜存在吸液率和保液率低、热稳定性等不足，电解液易发生侧漏，电池的安全性存在隐患；而聚偏氟乙烯结晶性较高，与质子电解质络合能力差，膜弹性较低，这些缺点限制了锂离子的迁移率，也不利于电池大电流充放。综上所述现有的锂电池隔膜不能提供同时具有强度和隔膜所具有的电性能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种能够改善发泡聚丙烯韧性、耐候性且制备方法简单易于工业化的改性聚丙烯发泡珠粒及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的聚偏氟乙烯/氰乙基纤维素复合锂离子电池隔膜包括如下重量份组份：氰乙基纤维素0.1-5份、纳米纤维素0.1-5份、聚偏氟乙烯90-99.8份。

纳米纤维素即CNFs，聚偏氟乙烯即PVDF。加入氰乙基纤维素和纳米纤维素以后，可以降低隔膜的结晶度，有利于离子电导率的提高。同时纳米纤维素增能强隔膜力学性能，高取代纤维素促进锂盐溶解，可进一步提高复合隔膜的综合性能及安全性。通过三种成分进行配置能够使得制备的隔膜良好地保持了天然纤维素I晶型结构，机械性能大大提升，同时还具有优异的吸液率和电稳定性能，能保证实际应用中锂离子电池的隔膜需要。