[发明专利]一种纳米纤维素基仿贝壳结构复合锂电池隔膜及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体公开了一种纳米纤维素基仿贝壳结构复合锂电池隔膜及其制备方法。本发明以纳米纤维素纤维为基体材料，通过高压均质将其均匀分散在去离子水中，形成稳定分散胶体；再将硅酸镁锂均匀分散在去离子水中，制备溶胶，并用聚乙二醇对硅酸镁锂溶胶进行改性，得到改性硅酸镁锂溶胶；然后将纳米纤维素纤维溶胶与改性硅酸镁锂溶胶均匀混合得到复合溶胶液，浇注于平板上，干燥成膜；最后将复合膜浸泡于乙醇中除去聚乙二醇，经真空干燥形成多孔锂电池隔膜。本发明首次将仿生结构生物基材料引入锂电池中作为隔膜，制备工艺简单，原料环保无毒；纳米纤维素基仿贝壳结构隔膜具有多孔性，热稳定性高，力学稳定性优异以及电解液润湿性好的特点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体涉及一种纳米纤维素基仿贝壳结构复合锂电池隔膜及其制备方法与应用。

背景技术

随着锂离子电池在数码产品以及新能源汽车领域的应用需求不断增加，迅速发展的市场对锂离子电池的循环性能和安全性能要求也不断提高。隔膜在锂离子电池主要起到将正负极隔开，并为离子运输提供通道的作用，对于锂离子电池的安全性能和循环使用寿命具有重要意义。传统的商业隔膜主要采用聚烯烃类材料，此类隔膜在电池局部温度过高时易发生形变，导致正负极接触进而引发火灾甚至爆炸。聚烯烃类隔膜的透气性和浸润性较差，离子电导率低，无法满足快速充放电需求，影响锂离子电池的循环使用寿命。

纳米纤维素可通过自然界中资源最丰富的纤维素制备获得，与聚烯烃类人造有机高分子相比具有可生物降解，环保无污染，高比强度以及开重复利用等优势。

Chun等人(J.Mater.Chem.22,16618-16626(2012))已经研究了可调节孔径的纯纳米纤维素纸作为锂离子电池隔膜的可能性，该纳米纤维素隔膜可作为下一代柔性锂离子电池的核心部件。中国专利文献CN105355818A(申请号201510934410.8)公布了一种复合型纳米纤维锂电池隔膜及其制备方法，该发明利用静电纺丝和溶胶凝胶组合方法制备成一种包含三层结构的复合型锂电池隔膜，包括上层纳米纤维膜层，中间层纳米纤维凝胶层和下层纳米纤维膜层。

然而，纳米纤维素由于表面存在丰富的羟基和羧基等极性基团，在溶剂蒸发成膜过程中，极性基团由于氢键作用导致纤维间相互缠绕，形成的隔膜结构致密，孔隙度受到极大影响。多数研究虽然有效调节了孔隙度，但大多制备采工序复杂或使用大量不环保有机溶剂，对隔膜的实际应用产生了巨大的阻碍。

发明内容

为解决现有技术所存在的问题，本发明首要目的在于提供一种纳米纤维素基仿贝壳结构复合锂电池隔膜的制备方法，目的旨在制备一种具有优异热学和力学稳定性，高离子导电率的锂离子电池隔膜。

本发明另一目的在于提供上述方法制备得到的纳米纤维素基仿贝壳结构复合锂电池隔膜；

本发明再一目的在于提供上述纳米纤维素基仿贝壳结构复合锂电池隔膜在锂离子电池中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术解决方案：

一种纳米纤维素基仿贝壳结构复合锂电池隔膜的制备方法，具体步骤如下：

(1)将纳米纤维素纤维与去离子水混合搅拌后，经高压均质得到纳米纤维素纤维溶胶；

(2)将硅酸镁锂分散于去离子水中，均匀搅拌，获得硅酸镁锂溶胶，将聚乙二醇与硅酸镁锂溶胶共混后，改性反应制得聚乙二醇改性硅酸镁锂溶胶；

(3)将纳米纤维素纤维溶胶与聚乙二醇改性硅酸镁锂溶胶混合后，得到均匀分散的混合溶胶，将混合溶胶干燥制得半成品锂电池隔膜；

(4)将半成品锂电池隔膜浸泡于有机溶剂中，经干燥获得成品锂电池隔膜。

步骤(1)所述纳米纤维素纤维溶胶的质量分数为0.1％～0.8％；优选为0.3％。