[发明专利]一种皮芯结构纤维素改性纳米纤维锂电池隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种皮芯结构纤维素改性纳米纤维锂电池隔膜的制备方法。将纤维素和阻燃剂一同添加进溶剂中，搅拌均匀混合，配制成纤维素添加阻燃剂的混合溶液，作为皮层纺丝溶液；将高聚物溶于溶剂中，磁力搅拌，使均匀溶解，配制成芯层纺丝溶液；将溶液分别注入不同的两个注射器和中，然后通过两个不同的微量注射泵控制两个注射器进行静电纺丝，在收集装置表面上收集得到喷射固化的皮芯结构纤维膜；最后真空干燥制得。本发明制备出了具有良好阻燃效果的新型皮芯结构纳米纤维隔膜，具有较好的电解液亲液性、热稳定性及阻燃效果，形成了性能优异的纳米纤维锂电池隔膜。

技术领域

本发明涉及液态锂电池制造技术领域，特别涉及一种具有阻燃效果的皮芯结构纤维素改性纳米纤维锂电池隔膜的制备方法。

背景技术

当前，能源短缺问题日益突出，对新能源的需求不断增加。发展电化学储能器件是破解能源瓶颈制约的重要途径。锂电池作为一种绿色高性能电源，以其能量密度高、循环寿命长、记忆效应低等优点，获得了极大的关注和应用。然而，一些因锂电池故障而导致笔记本电脑、手机等电子产品爆炸的事故引起了人们对电池安全性能的重视，需要采取相应的解决方案来加以应对。液态锂电池的主要组成部件包括正极、负极、隔膜和电解液。隔膜的作用是保留电解液，为锂离子传输提供通道，防止电极之间短路，且在过充电、异常加热或机械破裂情况下执行锂电池的安全失活。同时隔膜的性能，例如离子电导率，会影响电池的欧姆极化，这对电池在高电压或高电流密度等苛刻充放电条件下的使用极为重要。此外，孔隙率、拉伸强度、吸收电解液能力和热稳定性等，也都能直接影响电池的循环寿命和安全性能。目前，商业广泛使用的是聚烯烃类隔膜，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及它们的复合隔膜，该类隔膜生产成本低、强度高，且化学稳定性优异，但由于非极性的聚烯烃隔膜的疏水特性，在含有高含量极性溶剂的电解液中，表现出较差的润湿性和电解液吸液保液能力，所以限制了锂离子电池的性能；此外，由于隔膜生产中涉及了拉伸过程，隔膜在高温下会由于聚合物链的重组而引起收缩，一旦隔膜收缩，正负极接触短路，极易发生安全事故，所以锂电池的安全问题及性能优化问题依旧充满挑战。

静电纺丝法是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场力作用下进行喷射拉伸而获得聚合物纳米纤维的纺丝方法。静电纺丝有着装置简单、操作简便以及工艺可控等优点，现已广泛用于制备纳米纤维材料。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种具有阻燃效果的皮芯结构纤维素改性纳米纤维锂电池隔膜的制备方法。

本发明采用的技术方案：

1)将纤维素和阻燃剂一同添加进溶解纤维素的溶剂中，纤维素与阻燃剂的质比为3:1，磁力搅拌12h，且纤维素占混合溶液的质量百分含量比为10％-20％，继续搅拌8h，使其均匀混合，配制成纤维素添加阻燃剂的混合溶液，作为皮层纺丝溶液；

2)将质量百分含量比为10％～30％的高聚物溶于溶解高聚物的溶剂中，磁力搅拌至少8h，使均匀溶解，配制成芯层纺丝溶液；

3)如图1所示，将步骤1)和步骤2)配制的溶液分别注入不同的两个注射器(1)和(2)中，然后通过两个不同的微量注射泵控制两个注射器(1)和(2)的工作，调控皮层和芯层的纺丝溶液的推进速率，将皮层和芯层的纺丝溶液挤出到同轴喷丝头(3)进行静电纺丝，再在高压装置(4)所施加的静电场作用下，纺丝溶液克服其表面张力从而形成射流，最后在收集装置(5)表面上收集得到喷射固化的皮芯结构纤维膜；

4)将步骤3)收集到的一定厚度的皮芯结构纤维膜置于真空干燥箱进行真空干燥，促使纺丝溶剂更好的挥发，从而制得应用于锂电池的纳米纤维隔膜。

所述步骤1)和2)中皮层和芯层纺丝液的推进速率需被合理配置和精确控制，通过调控使皮层厚度适宜，不宜过厚。所述步骤3)中，芯层的纺丝

液推进速度为0.2-0.6ml/h，皮层的纺丝溶液推进速度为0.2-0.6ml/h，最终使得皮层厚度不超过芯层直径的1/3。