CN107369802A - 一种纤维素涂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，具体公开了一种纤维素涂布锂离子电池隔膜及其制备方法。所述制备方法为：取适量的水溶性纤维素衍生物和聚乙烯醇分别配制成均匀的水溶液后混合搅拌均匀，取适量的纳米纤维素加入混合均匀的水溶液配制成均匀的水悬浮液，搅拌一段时间至体系均匀；将混合均匀的涂料涂布于聚烯烃隔膜表面后迅速置于无水乙醇浴中放置一段时间，最后通过真空干燥，即得所述纤维素涂布锂离子电池隔膜。所述隔膜的涂布过程无有毒有机溶剂使用，所制备的涂布隔膜性能优良。制得的隔膜的电解液吸收率大于300％，离子导电率大于1.0mS cm‑1。
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，具体涉及一种纤维素涂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，难以满足现在社会对高性能电池进一步的需求。聚烯烃隔膜最大的缺点之一在于表面疏水性，严重影响锂离子电池的性能。为此，在传统聚烯烃隔膜的基础上进行表面修饰，改善隔膜亲水性，是很自然的选择。但是，大多数表面涂布法一方面使用有毒有机溶剂使得制备过程不够友好，另一方面直接干燥过程容易影响涂层孔隙的形成使得涂布的孔隙结构受到破坏和难以控制。
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纤维素涂布锂离子电池隔膜的制备方法。本发明以纳米纤维素、水溶性纤维素衍生物和聚乙烯醇为涂布层原料，聚烯烃隔膜为主体，用非溶剂致相分离涂布法制备，过程无有毒有机溶剂使用，且干燥后涂布层孔隙结构保护完好，所得隔膜性能优良，过程环保。
本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法制得的纤维素涂布锂离子电池隔膜。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种纤维素涂布锂离子电池隔膜的制备方法，包括以下操作步骤：
取适量的水溶性纤维素衍生物和聚乙烯醇的水溶液混合均匀，然后加入适量的纳米纤维素，搅拌均匀，配制成水悬浮液；将水悬浮液涂布于聚烯烃隔膜表面后迅速置于无水乙醇浴中放置一段时间，最后真空干燥，即得所述纤维素涂布锂离子电池隔膜。
所述水溶性纤维素衍生物为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种或几种的混合物。
所述水溶性纤维素衍生物的水溶液浓度为0.5-1wt％，所述聚乙烯醇的水溶液浓度为1-4wt％。
所述水悬浮液中纳米纤维素浓度为0.25-1wt％。
所述聚乙烯醇溶液与水溶性纤维素衍生物溶液混合搅拌时间为6-10h，加入纳米纤维素后搅拌时间为6-12h。
所述涂布方法为非溶剂致相分离涂布法，隔膜的涂布过程无有毒有机溶剂使用。
一种纤维素涂布锂离子电池隔膜，隔膜的电解液吸收率大于300％，离子导电率大于1.0mS cm-1。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
与传统的涂布锂离子电池隔膜及其制备方法相比，本发明制备的隔膜涂布层孔隙结构稳定可控，具有更好的吸电解液率和离子导电性，且涂布过程无有毒有机溶剂使用，过程更加环保。
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
取2g聚乙烯醇加入200g去离子水中熬制成均匀透明溶液，取1g羧甲基纤维素加入200g去离子水中搅拌均匀；将聚乙烯醇溶液和羧甲基纤维素溶液混合，搅拌6h，向混合溶液中加入1g纳米纤维素后继续搅拌6h至均匀得到水悬浮液。将混合均匀的水悬浮液涂布于聚乙烯隔膜表面后迅速置于无水乙醇浴中放置24h，最后将隔膜取出置于40℃真空干燥箱12h，获得纤维素涂布锂离子电池隔膜。
所制备的纤维素涂布锂离子电池隔膜，电解液吸收率为317％，离子导电率为1.14mS cm-1。
实施例2
取2g聚乙烯醇加入200g去离子水中熬制成均匀透明溶液，取2g羧甲基纤维素加入200g去离子水中搅拌均匀；将聚乙烯醇溶液和羧甲基纤维素溶液混合，搅拌8h，向混合溶液中加入2g纳米纤维素后继续搅拌6h至均匀得到水悬浮液。将混合均匀的水悬浮液涂布于聚乙烯隔膜表面后迅速置于无水乙醇浴中放置24h，最后将隔膜取出置于40℃真空干燥箱12h，获得纤维素涂布锂离子电池隔膜。
所制备的纤维素涂布锂离子电池隔膜，电解液吸收率为334％，离子导电率为1.25mS cm-1。
实施例3
取3g聚乙烯醇加入200g去离子水中熬制成均匀透明溶液，取2g羧甲基纤维素加入200g去离子水中搅拌均匀；将聚乙烯醇溶液和羧甲基纤维素溶液混合，搅拌10h，向混合溶液中加入1g纳米纤维素后继续搅拌8h至均匀得到水悬浮液。将混合均匀的水悬浮液涂布于聚乙烯隔膜表面后迅速置于无水乙醇浴中放置24h，最后将隔膜取出置于40℃真空干燥箱12h，获得纤维素涂布锂离子电池隔膜。
所制备的纤维素涂布锂离子电池隔膜，电解液吸收率为323％，离子导电率为1.19mS cm-1。
实施例4
取3g聚乙烯醇加入200g去离子水中熬制成均匀透明溶液，取1g羧甲基纤维素加入200g去离子水中搅拌均匀；将聚乙烯醇溶液和羧甲基纤维素溶液混合，搅拌10h，向混合溶液中加入3g纳米纤维素后继续搅拌10h至均匀得到水悬浮液。将混合均匀的水悬浮液涂布于聚乙烯隔膜表面后迅速置于无水乙醇浴中放置24h，最后将隔膜取出置于40℃真空干燥箱12h，获得纤维素涂布锂离子电池隔膜。
所制备的纤维素涂布锂离子电池隔膜，电解液吸收率为346％，离子导电率为1.26mS cm-1。
实施例5
取4g聚乙烯醇加入200g去离子水中熬制成均匀透明溶液，取2g羧甲基纤维素加入200g去离子水中搅拌均匀；将聚乙烯醇溶液和羧甲基纤维素溶液混合，搅拌10h，向混合溶液中加入3g纳米纤维素后继续搅拌12h至均匀得到水悬浮液。将混合均匀的水悬浮液涂布于聚乙烯隔膜表面后迅速置于无水乙醇浴中放置24h，最后将隔膜取出置于40℃真空干燥箱12h，获得纤维素涂布锂离子电池隔膜。
所制备的纤维素涂布锂离子电池隔膜，电解液吸收率为349％，离子导电率为1.29mS cm-1。
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)
1.一种纤维素涂布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取适量的水溶性纤维素衍生物和聚乙烯醇的水溶液混合均匀，然后加入适量的纳米纤维素，搅拌均匀，配制成水悬浮液；将水悬浮液涂布于聚烯烃隔膜表面后迅速置于无水乙醇浴中放置一段时间，最后真空干燥，即得所述纤维素涂布锂离子电池隔膜。
2.根据权利要求1所述的一种纤维素涂布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述水溶性纤维素衍生物为甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种纤维素涂布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述水溶性纤维素衍生物的水溶液浓度为0.5-1wt％，所述聚乙烯醇的水溶液浓度为1-4wt％。
4.根据权利要求1所述的一种纤维素涂布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述水悬浮液中纳米纤维素浓度为0.25-1wt％。
5.根据权利要求1所述的一种纤维素涂布锂离子电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇溶液与水溶性纤维素衍生物溶液混合搅拌时间为6-10h，加入纳米纤维素后搅拌时间为6-12h。
6.一种纤维素涂布锂离子电池隔膜，其特征在于，其由权利要求1至5任一项所述的一种纤维素涂布锂离子电池隔膜的制备方法制得，隔膜的电解液吸收率大于300％，离子导电率大于1.0mS cm-1。
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