[发明专利]一种高性能纤维素基锂离子电池隔膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种高性能纤维素基锂离子电池隔膜的制备方法，属于锂离子电池技术领域。本发明所述的纤维素基锂离子电池隔膜的制备方法是，将UIO‑67纳米粒子分散在有机溶剂中，加入醋酸纤维素(CA)和聚氨酯(PU)，采用静电纺丝工艺制备CA/PU/UIO‑67隔膜。本发明提供的方法制备的CA/PU/UIO‑67隔膜具有锂离子迁移数高、热稳定好、孔径分布均匀、孔径较小等优点，可以有效延缓锂枝晶的成核速率，提高锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种高性能纤维素基锂离子电池隔膜的制备方法。

背景技术

锂离子电池是一种非常有前途和重要的能源储存技术。隔膜作为锂离子电池的关键组成部分，尽管隔膜不直接参与电池的电化学反应，但其性能和结构在影响电池性能(包括能量密度，功率密度，安全性和使用寿命)方面起关键作用。选择合适的隔膜在锂离子电池中使用时，应该考虑很多因素。现有的锂离子电池隔膜通常采用聚烯烃类如聚乙烯和聚丙烯。然而，聚烯烃隔膜的短处也是显而易见的，他们很难达到未来发展的要求。从实际出发，聚烯烃类隔膜最大的两个缺陷是热稳定性差和电解液润湿性差。此外，聚烯烃类隔膜依赖有限的化石能源而不能再生、可持续发展或可生物降解。因此，更多的新材料被研究来作为隔膜替代品。

与聚烯烃隔膜相比，以纤维素为原料制备的锂离子电池隔膜则克服了这些缺点。纤维素隔膜的耐热温度可达到230℃以上，并且对电解液具有浸润性好、吸液率高等特点，但是纤维素膜的机械强度较差，现有的纤维素隔膜仍然存在一定的问题。因此，设计并制备一种高性能纤维素基锂离子电池隔膜仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备具有良好电化学性能、热稳定性的高性能纤维素基锂离子电池隔膜的制备方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种高性能纤维素基锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：

S1.将UIO-67纳米粒子分散在有机溶剂中；

S2.将醋酸纤维素(CA)和聚氨酯(PU)加入到步骤S1所制备的分散液中；

S3.将步骤S2得到的分散液进行静电纺丝得到膜，将膜真空干燥，得到CA/PU/UIO-67隔膜。

所述UIO-67纳米粒子由以下方法制得：将氯化锆、4,4'-联苯二甲酸和乙酸溶解在N,N-二甲基甲酰胺/H₂O混合溶液中，搅拌加热至110℃反应；反应结束后，冷却，离心，用水和乙醇洗涤产物，即得UIO-67纳米粒子。

优选地，制备所述UIO-67纳米粒子的原料用量为：氯化锆7.5g，4,4'-联苯二甲酸7.8g，乙酸93mL，N,N-二甲基甲酰胺500mL，H₂O 75mL。

采用本方法制备的UIO-67纳米粒子的比表面积为1600-1700m²/g，孔径大小为0.7-1.2nm，该孔径尺寸可以有效促进锂离子的传输，抑制PF₆^-阴离子的传输。

优选地，步骤S1所述UIO-67纳米粒子在有机溶剂中的质量分数为0.6～0.8wt％。

优选地，步骤S1所述有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺与丙酮的混合溶剂，其体积比为(7～8):(2～3)。

优选地，步骤S2所述醋酸纤维素和聚氨酯的质量比为7:3。

优选地，步骤S2所述醋酸纤维素和聚氨酯在分散液中的质量分数为7～8wt％。

优选地，所述醋酸纤维素的乙酰基含量为39.5wt％，羟基含量为3.5wt％；所述聚氨酯为热塑性聚氨酯，商品牌号2795。