[发明专利]一种纤维素基功能化隔膜及其制备方法和应用

说明书

一种纤维素基功能化隔膜及其制备方法和应用，所述隔膜主要由支撑相、亲水性化合物及增韧剂共混制备；其中，所述支撑相选自烯烃类化合物及其衍生物发生聚合反应得到的聚合物；所述亲水性化合物选自纤维素或其衍生物。所述纤维素基功能化隔膜在化学稳定性、保持电解液能力和电化学性能(例如电导率、内阻、离子迁移数、分解电压等)等方面明显优于商业Celgard膜。此外，所述纤维素基功能化隔膜的原料廉价易得，在制备过程中无需过多的仪器设备，有利于规模化生产。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，具体涉及一种纤维素基功能化隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂电池被认为是国内外最具有价值和最重要的储能系统之一。然而随着社会发展，高比能储能装置需求的增加，促进了锂离子电池的研究。其中，隔膜作为锂电池的重要组成部分，对锂电池容量、安全性能、循环稳定性等具有较大影响。隔膜的主要作用是将锂电池正、负极分隔，防止两极因接触而短路，同时隔膜需具有一定的孔隙率，能使离子通过以及良好的机械性能。目前，市场上应用最为广泛的是聚烯烃隔膜，其虽具有较好的化学稳定性和良好的机械性能，但是其尚存在热稳定性差，保持电解液能力有限等不足。严重影响了锂电池的安全性和电化学性能。并且上述隔膜的电化学性能(例如电导率、内阻、离子迁移数、分解电压等)仍有待进一步改善。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种纤维素基功能化隔膜，其主要由支撑相、亲水性化合物及增韧剂共混制备；

其中，所述支撑相选自烯烃类化合物及其衍生物发生聚合反应得到的聚合物；

所述亲水性化合物选自纤维素或其衍生物。

根据本发明的实施方案，所述支撑相选自聚偏氟乙烯(PVDF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈中的至少一种，优选为聚偏氟乙烯。

根据本发明的实施方案，所述亲水性化合物选自甲基纤维素、醋酸纤维素(CA)、羟甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和生物类纤维素材料中的至少一种。

根据本发明的实施方案，所述生物类纤维素材料选自竹子、甘蔗渣、槟榔、芦苇中的至少一种。

根据本发明的实施方案，所述增韧剂选自聚乙二醇(PEG)、氧化铝、二氧化钛、乙醛和偏磷酸锂中的至少一种；其中所述聚乙二醇的分子量为2000～6000，例如4000。

根据本发明的实施方案，所述亲水性化合物、支撑相及增韧剂的质量比为(4～8):(3～8):(2～3)，例如为8:3:2或4:8:3。

本发明还提供上述纤维素基功能化隔膜的制备方法，包括如下步骤：将亲水性化合物、支撑相及增韧剂进行混合，加热溶解，静置脱泡，干燥即得。

根据本发明的实施方案，所述反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、甲醇、丙酮、乙腈、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、N-乙基吡咯烷酮和乙二醇二甲醚中的至少一种。

根据本发明的实施方案，所述亲水性化合物的浓度为0.001-10g/mL，优选为0.01-5g/mL，还优选为0.04-1g/mL。

根据本发明的实施方案，所述亲水性化合物、支撑相及增韧剂的质量比为(4～8):(3～8):(2～3)，例如为8:3:2或4:8:3。

根据本发明的实施方案，所述方法选自液相涂布法或液相浇铸法。

作为实例，可以采用如下方法制备所述隔膜：

液相浇铸法：将原料进行混合，加入有机溶剂，加热溶解，静置脱泡，将制得的溶液倒入培养皿中，对溶液进行干燥以除去有机溶剂；待除去有机溶剂后，使用水将隔膜泡出，干燥即得；或者，