[发明专利]环保型纤维素基隔膜的制备方法及其在锂电池中的应用

说明书

本发明公开了一种环保型纤维素基隔膜的制备方法，涉及锂电池隔膜技术领域，本发明先以乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷作为单体，经聚合反应制备聚[乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷]，属于新型聚合物，再与羧甲基纤维素钠经取代反应在该新型聚合物的结构中引入纤维素，制得纤维素基隔膜；该纤维素基隔膜由于纤维素分子的引入使其环保性提高，具有良好的生物降解性能，能够加速隔膜废弃后在环境中的降解；并且该纤维素基隔膜的力学强度高，耐电解液腐蚀，对电解液的浸润性好，具有足够的吸液保湿能力。

技术领域：

本发明涉及锂电池隔膜技术领域，具体涉及一种环保型纤维素基隔膜的制备方法及其在锂电池中的应用。

背景技术：

在锂电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电池的容量、循环以及安全性能等特性，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能具有重要的作用。隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜材质是不导电的，其物理化学性质对电池的性能有很大的影响。

目前，锂电池隔膜通常由聚丙烯或聚乙烯制成，这类隔膜虽然力学性能好，但不易被生物降解，如此一来隔膜在废弃后就容易造成环境的污染。并且，聚丙烯或聚乙烯采用流延法制备时存在孔径不均匀、机械强度不高的问题，从而影响锂电池隔膜的使用性能。针对上述问题，本发明通过新型聚合物的合成来制备环保型纤维素基隔膜。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种环保型纤维素基隔膜的制备方法，制得的纤维素基隔膜不仅满足锂电池对隔膜的性能使用要求，并且由于纤维素分子的引入而赋予隔膜可生物降解性能。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

环保型纤维素基隔膜的制备方法，包括下列制备步骤：

(1)聚[乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷]的合成：向溶剂I中加入乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷和引发剂，加热进行聚合反应，反应完成后蒸馏回收溶剂I，蒸馏剩余物水洗后烘干，得到聚[乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷]；

(2)聚[乙烯(羧甲基纤维素甲酯)二甲氧基硅烷]的合成：向溶剂II中加入羧甲基纤维素钠，溶解完全后加入溶于溶剂I的聚[乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷]，加热进行取代反应，反应完成后蒸馏回收溶剂I和溶剂II，蒸馏剩余物水洗后烘干，得到聚[乙烯(羧甲基纤维素甲酯)二甲氧基硅烷]；

(3)将聚[乙烯(羧甲基纤维素甲酯)二甲氧基硅烷]加入溶剂III中，加热溶解，经过滤、脱泡后在涂布机上刮涂形成均匀的薄膜，干燥，得到纤维素基隔膜。

乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷的结构式：CAS号1314981-48-0。

所述溶剂I为甲醇、乙醇、丙酮中的至少一种。

所述引发剂为有机过氧化物类引发剂或偶氮类引发剂。

所述引发剂的用量为乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷质量的0.1％-0.5％。

所述溶剂II为水。

所述羧甲基纤维素钠的取代度为0.3-1.2。

所述羧甲基纤维素钠、聚[乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷]的质量比为10-100:10-100。

所述溶剂III为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、乙酸乙酯中的至少一种。

上述技术方案中的乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷在引发剂的作用下经聚合反应生成聚[乙烯(氯甲基)二甲氧基硅烷]，再与羧甲基纤维素钠经取代反应生成聚[乙烯(羧甲基纤维素甲酯)二甲氧基硅烷]，将聚[乙烯(羧甲基纤维素甲酯)二甲氧基硅烷]作为隔膜制备原料，经涂布法制得纤维素基隔膜。