[发明专利]一种钠/钠离子电池无纺布隔膜及其制备方法

说明书

本发明属于化学电源领域，具体涉及一种钠/钠离子电池无纺布隔膜及其制备方法。无纺布隔膜由无序排列的改性醋酸纤维素的纤维构成，纤维直径在0.05‑5μm之间，无纺布隔膜厚度在5‑300μm之间，机械性好，对电解液良好对润湿性能，可稳定存在于钠/钠离子电池有机电解液中。具体制备方法：首先配置醋酸纤维素溶液，通过静电纺丝制备醋酸纤维素隔膜，然后利用碱性溶液对其进行改性，通过调节醋酸纤维素隔膜上乙酰基的数量，从而使得改性醋酸纤维素隔膜既可以稳定存在于钠/钠离子电池电解液中，起到隔绝电池正负极的作用，又使得改性醋酸纤维素隔膜对电解液有优异对润湿性能。

技术领域

本发明涉及化学电源领域，具体涉及一种钠/钠离子电池无纺布隔膜及其制备方法。

背景技术

随着人们对储能需求的日益增长，锂离子电池在手机等电子产品中得到充分应用，但因其资源短缺、成本较高等因素在电动汽车等大规模应用中受到制约。钠/钠离子电池因其资源丰富、成本低廉以及和锂（锂离子）电池相似的充放电机理等优点，有望为大规模的储能应用做出贡献。隔膜作为电池的重要组成部分，其性能的好坏影响着电池的安全性能、能量密度、功率密度及循环性能。

玻璃纤维隔膜作为文献中报道的钠离子电池体系的常用隔膜，虽然拥有对电解液良好浸润性能、热稳定性好等优点，但由于其易脆、高成本、机械性能差等问题，限制了其大规模应用。

醋酸纤维素作为纤维素最常见的衍生物，来源广泛，无毒无害，具有高的生物安全性，并且在纺织等方面早已得到应用。如Jiangbing Xie等人发表的Ultrafine FibrousCellulose Membranes from Electrospinning of Cellulose Acetate文章（对比文献1）中报道的再生纤维素膜，其化学组成和纤维素相同，含有大量羟基等吸水基团，因此其具有极强的吸水特性。然而由于醋酸纤维素含有大量乙酰基官能团，其不能稳定存在于有机电解液中，而目前钠/钠离子电池所使用的是碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、二甘醇二甲醚、氟代乙烯碳酸酯等作为溶剂的有机电解液，因此醋酸纤维素在钠/钠离子电池的应用受到限制。

专利2005100131992公开了一种碱性电池三醋酸纤维素/金属氧化物复合隔膜及制备方法，该方法采用机械搅拌及球磨技术将三醋酸纤维素、金属氧化物等混合均匀后，利用流延法将混合溶液涂覆成膜(其中金属氧化物的加入主要是用于提升隔膜的机械特性)，同时该隔膜被应用在碱性电池中。而碱性电池所使用的电解液通常由盐和水组成，其电解液为水系电解液，所以所制备的三醋酸纤维素/金属氧化物复合隔膜可以在此类电解液中稳定存在从而发挥其隔离正负极的功效。然而，此隔膜中的三醋酸纤维素由于含有丰富的乙酰基的官能团，因此，在碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、二甘醇二甲醚、氟代乙烯碳酸酯等作为溶剂的有机电解液中难以稳定存在，可能造成电池正负极直接接触，失去隔膜的基本功效，甚至发生危险。

本专利通过静电纺丝技术制备了醋酸纤维素无纺布隔膜，然后利用碱溶液对其进行改性，通过调节醋酸纤维素隔膜上乙酰基官能团的数量，从而使得改性醋酸纤维素隔膜既可以稳定存在于钠/钠离子电池电解液中，起到隔绝电池正负极的作用，又使得改性醋酸纤维素隔膜对电解液有优异对润湿性能，提升电池的整体性能。

发明内容

本发明采用醋酸纤维素为原料，利用静电纺丝技术及后续碱性溶液改性过程，制备改性醋酸纤维素无纺布隔膜，成本低廉，操作简单。所制备的改性无纺布隔膜在钠离子电解液中可稳定存在，且具有较大的孔隙率、对电解液良好对润湿性能，其机械性能较玻璃纤维隔膜也有较大提升。

实现本发明的技术方案是：一种钠/钠离子电池无纺布隔膜，无纺布隔膜由无序排列的改性醋酸纤维素的纤维构成，改性醋酸纤维素为将醋酸纤维素浸渍于碱溶液中制成，所述改性醋酸纤维素的纤维直径分布在0.05-5 μm，无纺布隔膜厚度在5-300 μm之间，制成的无纺布隔膜机械性好，对电解液良好对润湿性能，可稳定存在于钠/钠离子电池有机电解液中。