[发明专利]复合隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电化学储能技术领域，公开了一种复合隔膜及其制备方法和应用。该方法包括：S1：将纤维素基体与海藻酸盐接触以进行溶胀处理，得到混合物I；S2：将所述混合物I进行冷冻干燥I，得到混合物II；所述冷冻干燥I的条件至少满足：温度‑50℃至‑30℃，真空度0.2‑5Pa，时间12‑48h；S3：将所述混合物II与阳离子源进行接触反应，得到所述复合隔膜。本发明提供的复合隔膜具有机械强度高、耐热性强、电解液浸润性好的优点。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，具体涉及一种复合隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

自20世纪70年代进入商业化至今，锂离子电池取得了巨大的进展。人们在关注高能量密度和高功率密度的同时，对锂离子的安全性能要求也越来越高。这就要求锂离子电池在具有高容量的同时还需具备优异的安全性能。

锂离子电池的主要核心组成包括：正极材料、负极材料、电解液和隔膜。隔膜的主要作用是防止正负极发生短路，同时允许锂离子能够自由穿过隔膜。因此，隔膜性能的好坏直接影响着锂离子电池的电化学性能和安全性能。

目前市场上常用的锂离子电池隔膜主要为聚烯烃微孔隔膜，其性能良好且价格低廉，能满足3C类(计算机类、通信类和消费类)电子领域电池的要求。但此类隔膜的耐热性差和电解液的浸润性差，不能很好地满足动力电池或者储能电池。

因此，开发能适应动力电池高的热稳定性能要求的改性隔膜及复合隔膜已经成为现在的研究热点。

CN114744362A公开了一种改善金属锌负极稳定性的功能性隔膜，包括聚合物多孔膜和用于修饰聚合物多孔膜表面和孔道中的海藻酸锌，修饰量为0.1wt％-10wt％，采用原位引导交联法在多孔隔膜表面及孔道中同时引入具有高离子传导性和亲锌性的海藻酸锌，构筑栅栏型离子传输通道，制得具有高离子传导性和稳定性的多功能隔膜。该现有技术应用商业化的混合纤维素酯膜作为聚合物多孔膜，并将海藻酸锌引入至其表面和孔道内部，实现锌离子传输的均匀性和连续性，将该功能性隔膜应用在锌电池中能够在一定程度上保证锌负极的稳定性；但是，该现有技术提供的隔膜具有热稳定性差、储液能力差的缺陷。

CN106099014A公开了一种纤维基锂电池隔膜的制备方法，首先将海藻酸钠和纳米纤维素制备成纺丝液，进行静电纺丝，进而制备得到纤维基膜，再将木醋杆菌接种到发酵培养基中培养，将纤维基膜浸泡在生长有木醋杆菌的培养基中，使微生物对纤维素基膜表面进行改性，再对膜表面灭菌，然后将改性纤维基膜放入等离子体处理装置中进行等离子体处理，得到纤维基锂电池隔膜。该现有技术获得的纤维基锂电池隔膜电极亲和力高，化学稳定性强，但是，该现有技术提供的隔膜机械强度差。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种机械强度高、耐热性强，并且电解液浸润性好的复合隔膜。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种制备复合隔膜的方法，该方法包括以下步骤：

S1：将纤维素基体与海藻酸盐接触以进行溶胀处理，得到混合物I；

S2：将所述混合物I进行冷冻干燥I，得到混合物II；所述冷冻干燥I的条件至少满足：温度-50℃至-30℃，真空度0.2-5Pa，时间12-48h；

S3：将所述混合物II与阳离子源进行接触反应，得到所述复合隔膜。

优选地，在步骤S1中，所述纤维素基体选自细菌纤维素布、棉质纤维素布中的至少一种。

优选地，在步骤S1中，所述纤维素基体的平均孔径为50nm至10μm。

优选地，在步骤S1中，所述溶胀处理的条件至少满足：温度为10-40℃，时间为6-72h。

优选情况下，在步骤S1中，所述海藻酸盐以海藻酸盐水溶液的形式提供，且所述纤维素基体与以干基计的所述海藻酸盐的用量重量比为1：500-5000。