[发明专利]一种海藻酸钠基锂电池隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种海藻酸钠基锂电池隔膜；本发明还涉及上述海藻酸钠基锂电池隔膜的制备方法。 

背景技术

锂电池主要由正负极材料、电解液和隔膜组成。隔膜位于锂离子电池正负极材料之间，是锂离子电池的重要组成部件之一。隔膜的作用非常重要，起着隔绝正负极，防止电池内部短路，同时吸收电解液，完成在电化学充放电过程中锂离子在正负极之间快速传输等重要作用。随着锂电池的不断发展，对隔膜性能的要求越来越高，其性能的优劣直接影响到锂电池的充放电性能、循环使用寿命、高低温性能以及安全性能等。隔膜成本约占电池总成本的比重为20 %-30 %，在动力锂电池中所占比重更高。因此降低隔膜成本对降低电池总成本意义重大。目前，商品化的锂电池隔膜材料主要是聚烯烃微孔聚合物膜，包括聚乙烯膜、聚丙烯膜以及聚乙烯-聚丙烯双向拉伸膜。聚烯烃微孔隔膜固然具有自己的优势：例如具有很好的电化学稳定性能和适宜的机械强度。当然也存在诸多缺点：（1）电解液浸润性能不好电解液吸收率低，限制了离子电导率的提高，不利于锂电池的快速充放电；（2）热尺寸稳定性能差，在温度高于120 ^oC时会出现显著的尺寸收缩，电池内部发生短路。这些在一定程度上限制了聚烯烃微孔隔膜的进一步应用。除此之外，聚烯烃的原料来源于石油资源，属于不可再生资源，成本比较高，并且最近的锂电安全事故强烈刺激了耐高温隔膜市场，因此开发低成本、可再生和高安全性能的锂电池隔膜便显得尤其重要。 

1881年，英国化学家首先对褐色海藻中的海藻酸盐提取物进行了科学研究。海藻酸钠来源于海洋中的褐藻等藻类植物，是一种可再生的资源。海藻酸钠易溶于水，形成粘稠状液体。海藻酸钠是一种天然多糖碳水化合物，具有羧基，是甘露糖醛酸的醛基以苷键形成的高聚糖醛酸，具有优良的生物相容性、无毒副作用、可控的生物降解性、无抗原体等特征，正是由于这些优异的性能，使得海藻酸钠可作为食品添加剂，增稠剂、稳定剂、纺织助染剂、止血剂、也可作为医用支架材料等领域。目前，海藻酸钠在电化学领域也得到了广泛的应用，作为锂电池电极材料的粘结剂，可以大大提升电池循环的稳定性能，也可用于超级电容器等领域。然而据我们所知，截至目前并没有关于海藻酸钠基锂电池隔膜的报道。鉴于此，本发明利用静电纺丝工艺成功制备了海藻酸钠基复合无纺膜，并将其应用于锂电池隔膜等领域。 

发明内容

本发明的目的在于提供了一种海藻酸钠基锂电池隔膜，提高现有电池隔膜的各项性能。 

本发明的另一目的在于提供制备海藻酸钠基锂电池隔膜的方法。 

为实现上述目的，本发明提供的海藻酸钠基锂电池隔膜为海藻酸钠基复合无纺膜，膜厚度为10 μm-300 μm，纤维直径为20 nm-2000 nm，透气度为1 s-600 s/100 cc，孔隙率为40 %-90 %，孔径范围为0.02 μm-4 μm，电解液吸收率为150 %-900 %，热稳定性能优异，在150 ^o C温度下尺寸收缩率小于0.5 %。 

为实现上述目的，本发明所采取的制备方法是对海藻酸钠混合溶液进行静电纺丝，实验步骤如下： 

a. 制备聚合物溶液：将海藻酸钠、添加剂和溶剂配制成一定浓度的聚合物溶液，消除气泡，静置备用； 

b. 对聚合物溶液进行静电纺丝：将步骤a制备的聚合物溶液注入静电纺丝机，调节纺丝针头和接收板之间的距离，开始静电纺丝；

c.后处理：将静电纺丝的到的海藻酸钠基纳米纤维膜辊压、干燥，得到海藻酸钠基复合无纺膜。

其中所述制备方法中，海藻酸钠质量百分数为0.1 %-50 %，添加剂质量百分数为0.1 %-50 %，所用溶剂为水或水的混合溶剂。混合溶剂中的其他溶剂为与水互溶的溶剂，如甲醇、乙醇、丙三醇、丙酮、甲酸、乙酸、四氢呋喃中的一种或多种，溶剂与水的比例为为0.1 %-99 %。所述添加剂为高分子材料或无机纳米材料。高分子材料包括但不仅局限于醋酸淀粉、羟甲基淀粉、羧甲基纤维素钠，羟甲基纤维素、明胶、卡拉胶、壳聚糖、甲壳素、聚乙烯醇、聚氧化乙烯、水溶性聚氨酯、聚丙烯酰胺或聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种；无机纳米材料包括但不仅局限于纳米碳酸钙、纳米硫酸钡、纳米蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米三氧化二铝、纳米二氧化锆、云母片、蒙脱土、膨润土、层状硅酸盐、层状双金属氢氧化物、水滑石、 拟薄铝石、层状二硫化物、氢氧化镁中的一种或多种。