CN107256938A - 一种无纺布锂离子电池隔膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于锂离子电池隔膜与生物质材料交叉领域，具体公开了一种无纺布锂离子电池隔膜及其制备方法。所述制备方法为：将适量的可溶性纤维素衍生物溶于去离子水，取配好的溶液注入喷丝器，在适宜条件下喷丝成膜，将无纺布膜真空干燥后浸入配好的聚乙烯醇溶液中，一段时间后取出真空干燥，即得无纺布锂离子电池隔膜。所制备的锂离子电池隔膜可降解，隔膜的孔隙率大于60％，离子导电率大于1.0mS cm‑1，闭孔温度125‑165℃。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池隔膜与生物质材料交叉领域，具体涉及一种无纺布锂离子电池隔膜及其制备方法。
背景技术
随着便携电子设备、可穿戴设备、电动汽车、储能设备的迅猛发展，对电池的性能要求越来越高。而锂离子电池因其具有高能量密度、高工作电压、循环寿命长、自放电小和无记忆效应等诸多优点而广泛使用。隔膜作为锂离子电池的关键组成部分，很大程度上决定了锂离子电池的性能。
传统的商业化的聚烯烃隔膜，如聚丙烯膜、聚乙烯膜，虽然有一些良好的特性，但是其缺点也很明显，来源于石油基原料，不可再生，不可降解，不符合环境友好、持续发展的大趋势。生物质原料，特别是纤维素原料，储量丰富，可再生，可降解，容易获得，价格合适，是代替石油基原料的最佳选择。
强力纺丝技术是利用高速旋转的离心力代替静电纺丝的高压静电力，可以纺织导电和不导电的聚合物溶液和聚合物熔融物。该方法制备的纤维直径在纳米级别。通过改变纺丝原料可以制备性能优异的锂离子电池隔膜。
普通的纤维素锂离子电池隔膜由于缺少一定的热闭孔性，使其不适于某些高安全要求的场景。为此需要进一步处理使其获得热闭孔性。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种无纺布锂离子电池隔膜的制备方法。本发明以可溶性纤维素衍生物为原料，用强力纺丝法制备隔膜，在通过浸渍涂布获得复合隔膜。所述制备方法简单高效，所得隔膜性能优异，绿色环保。
本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法制得的无纺布锂离子电池隔膜。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种无纺布锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)纺丝：将适量可溶性纤维素衍生物的水溶液注入喷丝器，在适宜条件下喷丝成膜；
(2)浸渍：将无纺布膜真空干燥后浸入聚乙烯醇溶液中，一段时间后取出真空干燥，即可获得所需隔膜。
所述可溶性纤维素衍生物包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素等中的一种或多种。
所述喷丝成膜转速为8000-16000转/分钟。
所述聚乙烯醇溶液质量分数为8-12％。
所述浸入聚乙烯醇溶液的浸渍时间为20-40min。
一种由上述制备方法获得的无纺布锂离子电池隔膜，所述的隔膜可降解，隔膜的孔隙率大于60％，离子导电率大于1.0mS cm-1，闭孔温度为125-165℃。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
与传统的锂离子电池隔膜及其制备方法相比，本发明制备的隔膜具有较好的离子导电性且绿色环保可降解，其通过聚乙烯醇的加入使得所制备的隔膜具有一般纤维素类隔膜没有的热闭孔性，提高隔膜的安全性，且制备过程简单可控。
具体实施方式
下面结合实施例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。实施例中电池隔膜检测方法均为锂电隔膜通行检测方法。
实施例1
将2g羧甲基纤维素溶解400ml去离子水中，搅拌10h后注入喷丝器，喷丝器转速为10000转/分钟；将获得的羧甲基纤维素无纺布隔膜在80℃真空干燥24h后，浸入8wt％的聚乙烯醇溶液中浸渍30min，取出覆有聚乙烯醇的无纺布隔膜置于60℃真空干燥24h，获得锂离子电池隔膜。
所制备的锂离子电池隔膜，孔隙率61％，离子导电率为1.7mS cm-1，闭孔温度144℃。
实施例2
将2g羧甲基纤维素溶解400ml去离子水中，搅拌10h后注入喷丝器，喷丝器转速为12000转/分钟；将获得的羧甲基纤维素无纺布隔膜在80℃真空干燥24h后，浸入8wt％的聚乙烯醇溶液中浸渍30min，取出覆有聚乙烯醇的无纺布隔膜置于60℃真空干燥24h，获得锂离子电池隔膜。
所制备的锂离子电池隔膜，孔隙率67％，离子导电率为1.9mS cm-1，闭孔温度148℃。
实施例3
将2g羧甲基纤维素溶解400ml去离子水中，搅拌10h后注入喷丝器，喷丝器转速为14000转/分钟；将获得的羧甲基纤维素无纺布隔膜在80℃真空干燥24h后，浸入8wt％的聚乙烯醇溶液中浸渍30min，取出覆有聚乙烯醇的无纺布隔膜置于60℃真空干燥24h，获得锂离子电池隔膜。
所制备的锂离子电池隔膜，孔隙率65％，离子导电率为1.8mS cm-1，闭孔温度153℃。
实施例4
将2g羧甲基纤维素溶解400ml去离子水中，搅拌10h后注入喷丝器，喷丝器转速为12000转/分钟；将获得的羧甲基纤维素无纺布隔膜在80℃真空干燥24h后，浸入10wt％的聚乙烯醇溶液中浸渍30min，取出覆有聚乙烯醇的无纺布隔膜置于60℃真空干燥24h，获得锂离子电池隔膜。
所制备的锂离子电池隔膜，孔隙率63％，离子导电率为1.6mS cm-1，闭孔温度145℃。
实施例5
将2g羧甲基纤维素溶解400ml去离子水中，搅拌10h后注入喷丝器，喷丝器转速为12000转/分钟；将获得的羧甲基纤维素无纺布隔膜在80℃真空干燥24h后，浸入12wt％的聚乙烯醇溶液中浸渍30min，取出覆有聚乙烯醇的无纺布隔膜置于60℃真空干燥24h，获得锂离子电池隔膜。
所制备的锂离子电池隔膜，孔隙率59％，离子导电率为1.3mS cm-1，闭孔温度138℃。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种无纺布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将适量的可溶性纤维素衍生物的水溶液注入喷丝器，在适宜条件下喷丝成膜；将制得的无纺布膜真空干燥后浸入聚乙烯醇溶液中，一段时间后取出真空干燥，即可获得所需隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种无纺布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述可溶性纤维素衍生物包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素或羟乙基纤维素中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种无纺布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述喷丝成膜转速为8000-16000转/分钟。
4.根据权利要求1所述的一种无纺布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液质量分数为8-12％。
5.根据权利要求1所述的一种无纺布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述无纺布膜在聚乙烯醇溶液中的浸渍时间为20-40min。
6.一种无纺布锂离子电池隔膜，其特征在于，其由权利要求1至5任一项所述的一种无纺布锂离子电池隔膜的制备方法制得，隔膜的孔隙率大于60％，离子导电率大于1.0mS cm-1，闭孔温度为125-165℃。
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