CN106025150A - 一种用于二次电池的生物质隔膜及其制备方法 - Google Patents

一种用于二次电池的生物质隔膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于二次电池的生物质隔膜及其制备方法，属于二次电池隔膜技术领域，生物质隔膜由鸡蛋经蒸煮及机械剥离制得的鸡蛋膜组成，其制备方法，包括：将鸡蛋放入清水中，在100℃的温度下蒸煮30min；将煮熟的鸡蛋取出完全冷却，采用机械或人工剥离鸡蛋壳；取下鸡蛋上的鸡蛋膜；将鸡蛋膜在0.5M HCl中浸泡3h后，取出；将取出的鸡蛋膜放入清水中浸泡5h后，取出，干燥，得到生物质隔膜。本发明用简单普适性的蒸煮以及机械或人工剥离的方法成功制备出高效的生物质电池隔膜，该生物质隔膜在循环100次后依然可以保持较高的稳定性以及电池比容量，该生物质膜资源丰富，价格低廉，可以实现鸡蛋膜的有效利用。

Description

一种用于二次电池的生物质隔膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物质隔膜及其制备方法，特别是涉及一种用于二次电池的生物质隔膜及其制备方法，属于二次电池隔膜技术领域。
背景技术
在当今世界能源枯竭和环境污染日益加剧的严峻形势下，解决能源高效利用问题的一个关键途径是开发新型能源存储器件，例如锂离子电池、钠离子电池等可重复充放电的二次电池，这些储能器件可以通过电化学过程将化学能可逆地转变为电能，从而为人类提供可持续的清洁能源，近年来，各种电化学储能器件已被广泛用于便携电子设备、电动汽车及智能电网的峰值储电等，可以降低人类对不可再生化石能源的过度依赖程度，减少二氧化碳及相关污染物的排放，缓解能源和环境的压力，因此，寻找高能量密度与功率密度、安全、低成本的能量存储装置已经成为人类的共识。
二次可充放电电池被认为是一种新型、无污染、以及高效的能量存储装置，其主要的工作原理是离子在正极与负极之间进行穿梭，但是，随着电子科技的不断发展，二次电池也逐渐的表现出一些难以克服的缺点，比如倍率性能差、循环性能不稳定、内阻变大等等，传统的观点认为二次电池的这些缺点是电极材料引起的，因此大多数的精力都聚集在新型电极材料的研制中，从而忽略了一些相当重要的细节，比如电池隔膜。在二次电池的结构中，隔膜是关键的内层组件之一，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。电池的种类不同，采用的隔膜也不同，尤其是对于锂电池而言，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜，隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，从而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，因此，开发一种高效的二次电池隔膜能够显著提高储能器件的性能，从而在一定的程度上占据储能器件的市场。
基于上述的分析以及对于二次电池的了解，电池隔膜应该满足以下要求：1)具有电子绝缘性，以保证正负极的机械隔离，不至于造成电学短路；2)对电解质溶液必须有极强的耐腐蚀性、润湿性以及足够的吸液保湿能力；3)具有优异的化学和电化学稳定性使得在电化学过程中不发生变化；4)具有足够的力学性能，包括穿刺强度，拉伸强度等等；5)空间稳定性好和相对的平整性，并且厚度合适；6)在结构上，电池隔膜应该具有较完整的多孔结构，可以使锂离子自由的穿梭，保证电化学反应的进行。在当前，聚乙烯和聚丙烯微孔膜，即Celgard薄膜，由于具有较好的电化学稳定性，合理的厚度以及相当的机械强度，而成为商业上广泛使用的二次电池隔膜，然而，这种电池隔膜具有致命的缺陷，比如，电解质的润湿性较差、以及在较高的操作温度下具有结构的不稳定性等等，较差的电解质润湿性会增加电池内部的电阻，以至于降低电池的倍率性能。而且，结构的不稳定性会引起短路以及能量损失等问题，这些对于电池的性能都是非常不利的，因此，开发一种润湿性较好，热稳定性高，以及不易燃的电池隔膜是十分迫切且必要的，为了解决这些问题，科研工作者通过大量的研究，人工合成出了几种性能较好的电池隔膜，例如，现有技术中合成出了一种基于纤维素的电池隔膜，该电池隔膜在电池应用中表现出了相当优异的电化学性能。和商业用电池隔膜相比，该电池隔膜具有较高的电解质吸收量、较好的界面稳定性、以及离子导电性。
发明内容
本发明的主要目的是为了解决现有技术中存在的二次电池隔膜润湿性差、成本较高等问题，提供一种用于二次电池的生物质隔膜及其制备方法。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
一种用于二次电池的生物质隔膜的制备方法，所述生物质隔膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：将鸡蛋放入清水中，在90～110℃的温度下，蒸煮25～35min；
步骤S2：将煮熟的鸡蛋取出，待完全冷却后，采用机械或人工敲击鸡蛋边缘，使鸡蛋壳裂开，并采用机械或人工剥离鸡蛋壳；
步骤S3：取下步骤S2中剥离了鸡蛋壳的鸡蛋上的鸡蛋膜；
步骤S4：将鸡蛋膜在稀盐酸中浸泡2.5～3.5h后，取出；
步骤S5：将步骤S4中取出的鸡蛋膜放入清水中浸泡4.5～5.5h后，取出，干燥，得到生物质隔膜。
进一步的，所述步骤S1中，鸡蛋放入清水中蒸煮的温度为100℃，蒸煮的时间为30min。
进一步的，所述步骤S2中，通过人工方式剥离鸡蛋壳时，减少鸡蛋膜的破损率。
进一步的，所述步骤S3中，是通过机械或人工的方式取下鸡蛋上的鸡蛋膜。
进一步的，所述步骤S4中，所述稀盐酸为0.4～0.6M HCl。
进一步的，所述步骤S4中，所述稀盐酸为0.5M HCl。
进一步的，所述步骤S4中，所述鸡蛋膜在稀盐酸中浸泡的时间为3h。
进一步的，所述步骤S5中，所述鸡蛋膜在清水中浸泡的时间为5h。
一种如上述所述的用于二次电池的生物质隔膜，所述生物质隔膜由鸡蛋经蒸煮及机械剥离制得的鸡蛋膜组成。
本发明的有益技术效果：本发明的用于二次电池的生物质隔膜及其制备方法，针对现有二次电池隔膜润湿性差、成本较高等的普遍问题，用简单普适性的蒸煮以及机械剥离的方法成功制备出高效的生物质电池隔膜，该生物质隔膜在电池性能测试方面表现出高效的性能，在循环100次后依然可以保持较高的稳定性以及电池比容量，该生物质膜资源丰富，价格低廉，操作方法简单，同时，在一定的程度上，还可以达到变废为宝的目的，在作为二次电池隔膜使用时，表现出的电池性能比商业用电池隔膜更好，为以后的实际推广及应用提供了方便。
附图说明
图1为本发明生物质隔膜的SEM图片；
图2为图1的放大图片；
图3为本发明生物质隔膜对于电解液的接触角测试图片；
图4为本发明生物质隔膜ESM作为电池隔膜与Celgard隔膜的电化学性能对比图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
本实施例提供了一种用于二次电池的生物质隔膜的制备方法，所述生物质隔膜由鸡蛋经蒸煮及机械剥离制得的鸡蛋膜组成，所述生物质隔膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：将鸡蛋放入清水中，在100℃的温度下，蒸煮30min；
步骤S2：将煮熟的鸡蛋取出，待完全冷却后，采用机械或人工敲击鸡蛋边缘，使鸡蛋壳裂开，并采用机械或人工剥离鸡蛋壳；
步骤S3：取下步骤S2中剥离了鸡蛋壳的鸡蛋上的鸡蛋膜；
步骤S4：将鸡蛋膜在0.5M HCl中浸泡3h后，取出；
步骤S5：将步骤S4中取出的鸡蛋膜放入清水中浸泡5h后，取出，干燥，得到生物质隔膜。
进一步的，所述步骤S2中，通过人工方式剥离鸡蛋壳时，减少鸡蛋膜的破损率。
进一步的，所述步骤S3中，是通过机械或人工的方式取下鸡蛋上的鸡蛋膜。
电化学性能测试
生物质隔膜的电化学性能测试是在无水无氧的手套箱中组装及蓝电测试系统(LAND)中完成的。
具体包括如下步骤：
1)、打开手套箱，组装电池；
2)、打开蓝电测试系统(LAND)，设置实验参数，启动测试。
测试结果
图1和图2为本实施例生物质隔膜的SEM图片；图3为本实施例生物质隔膜对于电解液的接触角测试图片；图4为本实施例生物质隔膜ESM作为电池隔膜与Celgard隔膜的电化学性能对比图，Celgard隔膜是常见商业化隔膜。
如图1和图2所示，本实施例生物质膜具有较好的平整性、以及较规整的多孔性能。
如图3所示，本实施例生物质膜在锂离子电池电解液中的接触角仅为18.8°，表现出较好的电解液润湿性。
如图4所示，本实施例生物质膜作为电池隔膜时，具有很好的电化学性能，图4显示通过人工剥离煮熟的鸡蛋膜作为LiFePO4/锂片的隔膜时，在0.5C的电流密度下，电池容量为141.2mAh/g，比商业用的电池隔膜容量还要高。
同时，本实施例生物质膜在前100次循环过程中，电池容量始终保持稳定，在100次循环后的容量保持率可达95.3％，该性能比商业用电池隔膜还要优异，表现出较为广阔的应用前景。
综上所述，本实施例所提供的一种用于二次电池的生物质隔膜及其制备方法，针对现有二次电池隔膜润湿性差、成本较高等的普遍问题，用简单普适性的蒸煮以及机械剥离的方法成功制备出高效的生物质电池隔膜，该生物质隔膜在电池性能测试方面表现出高效的性能，在循环100次后依然可以保持较高的稳定性以及电池比容量，该生物质膜资源丰富，价格低廉，操作方法简单，同时，在一定的程度上，还可以达到变废为宝的目的，在作为二次电池隔膜使用时，表现出的电池性能比商业用电池隔膜更好，为以后的实际推广及应用提供了方便。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于二次电池的生物质隔膜的制备方法，其特征在于，所述生物质隔膜的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1：将鸡蛋放入清水中，在90～110℃的温度下，蒸煮25～35min；
步骤S2：将煮熟的鸡蛋取出，待完全冷却后，采用机械或人工敲击鸡蛋边缘，使鸡蛋壳裂开，并采用机械或人工剥离鸡蛋壳；
步骤S3：取下步骤S2中剥离了鸡蛋壳的鸡蛋上的鸡蛋膜；
步骤S4：将鸡蛋膜在稀盐酸中浸泡2.5～3.5h后，取出；
步骤S5：将步骤S4中取出的鸡蛋膜放入清水中浸泡4.5～5.5h后，取出，干燥，得到生物质隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种用于二次电池的生物质隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，鸡蛋放入清水中蒸煮的温度为100℃，蒸煮的时间为30min。
3.根据权利要求1所述的一种用于二次电池的生物质隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过人工方式剥离鸡蛋壳时，减少鸡蛋膜的破损率。
4.根据权利要求1所述的一种用于二次电池的生物质隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，是通过机械或人工的方式取下鸡蛋上的鸡蛋膜。
5.根据权利要求1所述的一种用于二次电池的生物质隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述稀盐酸为0.4～0.6M HCl。
6.根据权利要求5所述的一种用于二次电池的生物质隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述稀盐酸为0.5M HCl。
7.根据权利要求1所述的一种用于二次电池的生物质隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述鸡蛋膜在稀盐酸中浸泡的时间为3h。
8.根据权利要求1所述的一种用于二次电池的生物质隔膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述鸡蛋膜在清水中浸泡的时间为5h。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的用于二次电池的生物质隔膜，其特征在于，所述生物质隔膜由鸡蛋经蒸煮及机械剥离制得的鸡蛋膜组成。
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