[发明专利]锂二次电池用纤维素/聚合物纤维复合隔膜材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电化学装置用隔膜及其制造方法，更具体地，本发明涉及一种由纤维素和热塑性聚合物超细纤维制成的锂二次电池用隔膜及其应用，该复合隔膜具有高耐热性和优良的机械性能。

背景技术：

近年来能量存储电化学器件受到广泛的关注，可充电二次电池已经广泛用作手机、摄像机、照相机、笔记本电脑等数码产品，并且开始在电动汽车等领域使用。对于锂离子二次电池的高功率、高容量化要求日益增强，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。隔膜基本上防止两极的短路，并且利用其多微孔结构使离子透过可以进行电池反应，但在一些误操作等条件下产生异常电流而导致内部温度的上升而使树脂隔膜发生热变形闭塞微孔使电池反应停止。

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。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。

中国专利公开号CN 101728504A公开了一种湿法抄造的锂离子电池隔膜柔性基材及其制造方法，该发明的多孔柔性基材是由超细涤纶纤维、玻璃纤维为结构纤维，水溶性维尼纶纤维为粘结纤维，通过斜网、圆网和双网脱水湿法抄造得到，该发明制备的基材孔径达到35微米，无法作为隔膜直接使用。

纤维素是自然界中丰富的天然高分子材料，具有良好的耐热性能和耐化学溶剂的性能，纤维素通过氢键、范德华力等紧密结合在一起形成纸张。目前通过常规造纸工艺制备的纤维素纸气密性和强度、电化学性能等方面无法满足二次电池用隔膜材料。本发明采用通过高度打浆分散制备的具有微纤结构的纤维素与超细聚酯纤维复合，通过造纸抄纸、轧压制成湿纸，并通过有机溶剂置换湿纸中的水分，进而通过烘干制备复合隔膜。通过该方法制备的隔膜孔结构分布均匀，而且制备方便，适合于批量生产，同时耐热性能高，尤其适用于锂离子电池隔膜。

发明内容

目前二次电池采用的隔膜主要为聚烯烃多孔膜材料，其耐热性和机械稳定性不好，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。

本发明的目的在于提供一种具有良好耐热性和机械性能的纤维素/聚酯纤维复合隔膜。

本发明的又一目的在于提供一种制备上述复合隔膜的方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种纤维素/聚合物纤维复合隔膜，包括纤维素和聚合物纤维，还包括表面施胶剂，所述复合隔膜以总重量为基础，组成为纤维素65％～95％，聚合物纤维5％～35％，施胶剂0.1-2％。

所述的纤维素是通过造纸打浆工艺将木浆、棉浆、麻浆、竹浆及其复合物中的至少一种为原料制成具有微纤结构的纤维素浆液，纤维素具有微纤结构，纤维素的直径为0.2～1.0微米，纤维表面的微纤直径为50～500纳米。

所述的聚合物纤维为热塑性聚合物超细纤维，纤维的直径为0.3～3微米，纤维的长度为3～6毫米。所述的热塑性聚合物包括聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺或聚对苯撑苯并二噁唑。

所述的表面施胶剂为纤维素衍生物、聚乙烯醇、或海藻酸盐。

一种制备锂二次电池用纤维素/聚合物纤维复合隔膜的方法，包括以下步骤：

a)将纤维素原料在制浆机中进行研磨、疏解为纤维素浆液，浆液的浓度为1％～30％，打浆温度为20～50℃，纤维素的直径为0.2～1.0微米；

b)将超细聚合物纤维分散在纤维素浆液中，强烈搅拌混合均匀制成混合浆液；

c)将表面施胶剂配成质量百分比浓度为1％～10％的溶液，加入到混合浆液中；

d)将步骤c)制备的浆液利用抄纸工艺抄造成膜，并轧压制成湿态纤维素/聚合物纤维复合材料，复合材料的含水质量百分数为10％～40％；

e)采用有机溶剂置换湿态复合隔膜中的水分；