[发明专利]一种纤维素基隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于隔膜技术领域，特别涉及一种纤维素基隔膜及其制备方法和应用。本发明提供了一种纤维素基隔膜，包括纳米纤维素自组装薄膜和掺杂在所述纳米纤维素自组装薄膜中的无机高分子材料；所述无机高分子材料为硅酸镁铝、硅酸镁锂、硅酸镁钠、膨润土、改性膨润土、水辉石和改性水辉石中的一种或多种。在本发明中，纳米纤维素和无机高分子材料形成的纤维素基隔膜在水系环境下可以吸水膨胀，形成连通网络，有利于减少锌电极接触水系电解液而被水洗电解液腐蚀，并且无机高分子材料可以诱导形成均匀锌电镀电场，从而有效抑制锌负极的锌枝晶生长，防止纤维素基隔膜被锌枝晶刺破，提高水系锌电池的电化学性能和循环寿命。

技术领域

本发明属于隔膜技术领域，特别涉及一种纤维素基隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

高安全和高能量密度的水系锌电池被认为是非常有前途的下一代电子产品储能技术之一。近年来，水系锌电池得益于高性能正极材料和电解液的开发展现出蓬勃发展的趋势，然而，在使用过程中，锌负极树枝状的枝晶会穿透隔膜引起短路，金属锌负极严重的枝晶问题仍制约着水系锌电池的产业化应用。现有的抑制锌枝晶技术主要包括改善电解液组成、在锌负极表面覆盖保护层、设计三维集电器以及改善隔膜。

目前，技术人员针对抑制锌枝晶问题提出的隔膜技术方案，均存在隔膜过厚和成本高的问题，隔膜传质效果不佳。例如锌电池研究常用的玻璃纤维隔膜(Whatman公司，型号为GF/D)和改性的玻璃纤维，价格高昂，且隔膜较厚，传质效果差。目前的隔膜难以兼顾优良的传质效果和良好的抑制锌枝晶性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种纤维素基隔膜及其制备方法，本发明提供的纤维素基隔膜传质效果优良，而且可以有效防止锌负极在连续充放电过程中产生锌枝晶，防止隔膜被刺破。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种纤维素基隔膜，包括纳米纤维素自组装薄膜和掺杂在所述纳米纤维素自组装薄膜中的无机高分子材料；

所述无机高分子材料为硅酸镁铝、硅酸镁锂、硅酸镁钠、膨润土、改性膨润土、水辉石和改性水辉石中的一种或多种。

优选的，所述纳米纤维素自组装薄膜中的纳米纤维素包括天然纳米纤维素或纳米纤维素衍生物。

优选的，所述无机高分子材料的粒径为80～800目。

优选的，所述纳米纤维素和无机高分子材料的质量比为(1～50)：1。

优选的，所述纤维素基隔膜的厚度为50～200μm。

优选的，所述纤维素基隔膜的孔隙率为40～80％。

本发明还提供了上述技术方案所述纤维素基隔膜的制备方法，包括以下步骤：

将纳米纤维素、无机高分子材料和溶剂混合，得到共混液；

将所述共混液涂膜，将所述涂膜得到的湿膜干燥，得到所述纤维素基隔膜。

优选的，所述溶剂包括去离子水、乙醇、异丙醇或丙酮。

优选的，所述干燥的温度为60～80℃，时间为4～12h。

本发明还提供了上述技术方案所述纤维素基隔膜或上述技术方案所述制备方法制备得到的纤维素基隔膜在水系锌离子电池中的应用。