[发明专利]锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池相对于传统铅酸电池被称为绿色电源。当前锂离子电池产品普遍使用液体电解质，这是因为该种电解质具有良好的导离子性和与电极的相容性，且成本低廉。在这种液体电解质锂离子电池中，正极和负极被对电子绝缘的聚丙烯膜或聚乙烯膜或二者复合膜隔开，但是这些隔膜上分布着均匀的孔洞，能够允许液体电解质以及锂盐的穿透。在这种锂离子电池中，正极、负极、液体电解质和隔膜是电池得以工作的四大组成部件。按照质量来算，液体电解质锂离子电池中的隔膜质量通常占电池总质量的30wt.％左右。显然，电池寿命结束被处理时，就会产生大量的聚丙烯或聚乙烯或二者复合物废物，这些高分子聚合物材料在自然环境中非常难以降解，以致对环境产生通常所说的″白色污染″。在这一层面上，这种锂离子电池还算不上真正的绿色电源。为了解决这一问题，以天然高分子聚合物为基体制备的隔膜代替传统聚丙烯隔膜或聚乙烯隔膜或二者复合隔膜是一种非常有效的手段。从文献报道来看，能够用来作为隔膜基体的天然高分子有纤维素(cellulose)、淀粉(starch)、壳聚糖(chitosan)、琼脂(agar)、果胶(pectin)和明胶(gelatin)。从研究结论来看，纤维素隔膜只能在某些性能上匹配传统聚合物隔膜，其余的天然高分子隔膜所展现出来的性能就不令人满意了。因此，近两年这方面的研究报道非常少，这是因为这些天然高分子隔膜性能难以让人信服外，且成本比传统隔膜高。因此，本发明基于对液体电解质锂离子电池及其隔膜问题的分析，选用这种全世界年产量最多(近万亿吨)的天然高分子材料聚集体——木质纤维素(lignocellulose)，以纯木质纤维素或者以其为主体与其他天然或合成高分子共混复合物为基体，制备能够用于锂离子电池中的隔膜，解决锂离子电池″白色污染″问题且赋予电池高性能。这一发明内容不但解决了锂离子电池存在一些问题，而且开拓了木质纤维素全新的应用领域。相关研究还未出现在国内外报道中。

发明内容

要解决的技术问题

为了制备出无″白色污染″且高性能的锂离子电池，本发明提出以全世界年产量最多的纯天然高分子材料聚集体木质纤维素或者以木质纤维素为主体与其他天然或合成高分子两元或三元共混复合物为基体，制备能够用于锂离子电池中的隔膜，赋予电池绿色、高性能的特性。

技术方案

锂离子电池用绿色、高效木质纤维素基体隔膜及其制备方法，其特征在于：开发出五种基于木质纤维素基体或者基于木质纤维素为主体与其他天然或合成高分子两元或三元共混复合物为基体的隔膜及其制备方法，具体工艺如下：

(1)纯木质纤维素隔膜的涂覆制备：称取900-1000mg木质纤维素、量取35-40ml的去离子水，均置于烧杯中；于室温(25±1℃)下，搅拌2-3h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液倾入平底玻璃盘中，于常压和60±2℃条件下，直到水分挥发完，得到均匀的纯木质纤维素隔膜。

(2)纯木质纤维素隔膜的静电纺丝制备：将木质纤维素研磨、过筛，收集100-200目之间的粉末；将收集粉末置于烧杯中，加入溶剂，室温下搅拌5-8h，得到浓度范围在5wt.％-10wt.％范围内的均匀电纺溶液；将电纺液装入注射器中，设置正高压为10-12kV，负高压为-1--2kV，推注速度为2.5-3ml/h，滚筒转速为20-25rpm，固定正负极之间的距离为10-12cm，电纺时间为2-3h，静电纺丝，得到均匀平整湿膜、室温下干燥，得到纯木质纤维素隔膜。

(3)以木质纤维素为主体与其它天然或合成高分子材料两元或三元复合物隔膜的浇筑制备：以木质纤维素质量分数在65wt.％-95wt.％区间范围、其它天然或合成高分子材料一元或两元复合物质量分数在35wt.％-5wt.％区间范围分别称取相应质量的物质；将称取的纯木质纤维素按照上述工艺制备出厚度均匀的隔膜；将称取的天然或合成高分子材料一元或两元复合物置于烧杯中，加入在常温下刚好能够溶解复合物的良溶剂，搅拌，直到得到均匀的溶液；将得到的均匀溶液缓慢浇筑在纯木质纤维素隔膜上，保证溶液完全浸入木质纤维素隔膜的孔中，再于常压和25-60℃条件下，直到溶剂挥发完，得到均匀的木质纤维素主体两元或三元复合物隔膜。