[发明专利]用于锂离子二次电池的生物质纤维素多孔复合隔膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物质纤维素多孔膜。

本发明还涉及上述纤维素多孔膜的制备方法。

本发明还涉及上述纤维素多孔膜在锂离子二次电池中的应用。

背景技术

锂离子二次电池以其高比容量，高电压，体积小，重量轻，无记忆性等优点，近十年来获得了巨大的发展，但是对于使用液体电解质的锂离子二次电池来说，在某些时候，锂离子电池容易出现冒烟，着火，爆炸，甚至造成人员受伤等安全隐患，使得高容量和动力锂离子电池还没有广泛应用，因而提高锂离子电池安全性能是研发锂离子二次电池的关键。现在常用的电池隔膜如聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)由于熔化温度低于160℃(如PE隔膜的自闭温度为135-140℃，PP隔膜的自闭温度为160℃左右)，在某些情况下，例如外部温度过高，放电电流过大或者电解液受热过程中的热惯性的情况下，即使电流被遮断，电池的温度也有可能继续升高，因此隔膜可能完全被破坏而导致电池短路，从而导致电池爆炸或着火。另外，单向拉伸的PE隔膜和PP隔膜，在横向上的拉伸强度也比纵向上拉伸强度的差很多，在电池叠片或受到意外冲击的情况下，存在膜破裂的隐患。因此，采用PE隔膜和PP隔膜的安全性较低。

高容量和高功率电池内部热量增大和温度升高的因素很多，因此提高电池的耐高温性能变得尤其重要。采用PE隔膜和PP隔膜的安全性能已经不能满足这种需要，因而需要耐热性能更好的高分子隔膜材料。天然纤维素与PE和PP相比，具有较高的耐热温度和机械强度，因而，本发明采用天然大量的低成本的生物质纤维素，结合先进纳米制造技术，制备低成本的耐高温的高性能电池隔膜材料，具有低成本和环境友好的优势。

CN1215505A阐述了纤维素经氧化胺溶液纺丝后用于碱性电池的隔膜，JP10003898A，JP2005317495A，JP2005239028A等报道了纤维素和醋酸纤维素等的多孔膜用于锂离子电池隔膜，上述方法制备的隔膜都属于不对称膜。本发明制备的纤维多孔膜属于对称膜，孔结构和分布均匀，而且制备方便，适合于批量生产，同时耐热性能高，尤其适用于锂离子动力电池隔膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质纤维素多孔膜。

本发明的又一目的在于提供制备纤维素复合多孔膜的方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种纤维素纳米纤维复合膜，由直径为20-500纳米纤维构成，膜的两侧表面涂覆有海藻酸钠，含氟聚合物，聚芳醚酮，聚酰亚胺，聚降冰片烯或无机纳米粒子等结构增强、稳定界面的组分，膜厚度为15-100微米，膜透气率为2-500秒；膜表面及内部孔分布对称而均匀，平均孔径为20-200纳米，拉伸强度为50-250兆帕。

本发明还提供一种制备纳米纤维膜的方法，特征在于采用静电纺丝或湿法纺丝对纤维素溶液进行纺丝，得到纤维素无纺膜。

其中，纤维素溶液的质量百分数为1-20％，溶剂为N-氧化叔胺类或氯化锂/DMAc体系；

其中，静电纺丝的纺丝针头内径为0.8-2.0毫米，电压为100伏-30千伏，针头与接受电极的距离为10-30厘米，纺丝液流量大于0.1毫升/小时。

本发明还提供一种制备纤维素复合膜的方法，其特征在于在纳米纤维膜的两侧表面涂覆有海藻酸钠，含氟聚合物，聚芳醚酮，聚酰亚胺，聚降冰片烯或无机纳米粒子等增强的组分。

其中，海藻酸钠，含氟聚合物，聚芳醚酮，聚酰亚胺，聚降冰片烯为质量百分数为1-10％的溶液，溶剂为水，丙酮，四氢呋喃，N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲基乙酰胺之中的一种或两种；

其中，无机纳米粒子为纳米二氧化硅，二氧化锆，三氧化铝或偏铝酸锂等无机纳米粒子，无机纳米粒子与海藻酸钠，含氟聚合物，聚芳醚酮，聚酰亚胺等聚合物质量百分比为0～9：10～1。

本发明制备的纤维素多孔膜属于对称膜，孔结构和分布均匀，而且制备方便，适合于批量生产，同时耐热性能高，可用作锂离子电池隔膜，该隔膜即使在150℃高温下，电池也不会发生短路，因而本发明提供的纤维素多孔膜可用于高容量和动力电池中。

附图说明

图1是实施例2中纤维素多孔膜的电子显微镜照片。

具体实施方式

本发明提供的对称的纤维素多孔膜，特征在于该膜上下表面及内部孔分布对称均匀，孔径可调，拉伸强度高，更重要的是该膜的耐热性能好，用作锂离子二次电池的隔膜，即使在150℃也不会发生电池短路现象。