[发明专利]一种聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜及其制备方法和应用，涉及电池隔膜技术领域。本发明提供的聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜，由复合纤维交织而成，所述复合纤维由包括聚丙烯腈和纤维素的原料经静电纺丝制备得到；所述聚丙烯腈和纤维素的质量比为1:0.05～0.15。本发明通过添加纤维素，降低了复合纤维的平均直径，进而削弱了聚丙烯腈链段的相互作用，从而降低了聚丙烯腈的结晶度，提高了聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜对锂离子的传输能力；同时提高了聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜的孔隙率，并增强了聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜与电解液的相容性。且本发明通过添加纤维素还有效地提高了聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜的耐高温性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池隔膜技术领域，尤其涉及一种聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着经济发展和化石燃料消耗加剧，二氧化碳排放量不断增加，对环境影响越来越严重。因此，迫切需要开发低成本，清洁环保无污染的可再生能源。锂离子电池凭借其高容量、绿色环保、比功率大等优点被广泛应用在便携式电子产品、电动汽车和医疗设备等储能系统。但由于电池内部短路造成发热引发燃烧甚至爆炸使其发展面临困境，因此，为了提高电池和电池组的安全性能，必须重新对电池隔膜进行考虑。

隔膜是放在正负极之间，阻止二者直接接触，为离子传输提供通道，并且可提高电池安全性能的一个重要组成部分。因此需要它具有电化学稳定性好、耐高温性能强、不与其它物质反应等特点。聚烯烃微孔隔膜是目前市场上使用较为普遍的一种隔膜，其中因PP和PE具有好的绝缘性、机械稳定性等优点被广泛用于锂离子电池。但此类隔膜因较低的离子电导率使其在动力电池中应用严重受限。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜及其制备方法和应用，本发明提供的聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜良好的离子电导率，可满足高性能锂离子电池隔膜的要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜，由复合纤维交织而成，所述复合纤维由包括聚丙烯腈和纤维素的原料经静电纺丝制备得到；

所述聚丙烯腈和纤维素的质量比为1:0.05～0.15。

优选地，所述聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜的离子电导率为1～2mS·μm^-1。

优选地，所述聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜的电解液吸液率为190～240％，孔隙率为60～70％。

优选地，所述复合纤维的直径为400～500nm。

本发明还提供了上述技术方案所述聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

将聚丙烯腈、纤维素和有机溶剂混合，得到纺丝溶液，所述聚丙烯腈和纤维素的质量比为1:0.05～0.15；

将所述纺丝溶液进行静电纺丝，得到复合纤维膜湿膜；

将所述复合纤维膜湿膜依次进行干燥和辊压，得到聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜。

优选地，所述有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

优选地，所述有机溶剂和聚丙烯腈的质量比为9～12：1。

优选地，所述静电纺丝的条件包括：电压为12～18kV，推进速度为0.5～2mL/h，接收距离为12～18μm，环境温度为20～40℃，环境相对湿度为10～30％。

优选地，所述辊压的高度为30～50μm。

本发明还提供了上述技术方案所述聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜或由上述技术方案所述的制备方法得到的聚丙烯腈/纤维素复合纤维膜作为锂离子电池隔膜的应用。