[发明专利]一种聚丙烯腈/纤维素/羟基磷灰石复合隔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚丙烯腈/纤维素/羟基磷灰石复合隔膜及其制备方法和应用。所述聚丙烯腈/纤维素/羟基磷灰石复合隔膜的制备方法包括如下步骤：(1)采用静电纺丝和热压处理制备得到聚丙烯腈纳米纤维膜；(2)在有机溶剂中加入羟基磷灰石和分散剂并搅拌超声混匀，得到羟基磷灰石的分散液；在所述羟基磷灰石的分散液中加入纤维素，混匀制备得到羟基磷灰石的纤维素溶液；(3)将步骤(1)所述聚丙烯腈纳米纤维膜浸渍与步骤(2)所述的羟基磷灰石的纤维素溶液中，然后取出真空干燥即可。本发明提供的制备方法简便、高效，克服了聚烯烃类隔膜热稳定性、电解液相容性差等缺陷，满足大规模生产需要，具有重要的市场价值。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种聚丙烯腈/纤维素/羟基磷灰石复合隔膜及其制备方法和应用。

背景技术

发展可持续的储能技术是缓解经济发展与环境保护之间的矛盾的有力措施之一。锂电池作为可充电电池，是电储能技术的重要发展方向。锂电池由正极、负极、电解液、隔膜及外部包装材料组成；其中，隔膜不仅起到隔绝正负极，避免直接接触造成短路，引发电池起火爆炸等安全事故；也带有孔隙，保证电池在充电、放电过程当中锂离子能够顺利地在两侧来回迁移。隔膜对于锂电池的安全稳定起到至关重要的作用。

聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类隔膜具有成本低、化学结构规整、机械强度高等优点，被广泛应用于商用锂电池的制造。然而其较低的熔点，导致隔膜尺寸在高温环境下发生收缩，造成正负极的直接接触，引发短路，酿成起火、爆炸等安全事故。另一方面，聚烯烃类隔膜分子结构当中无极性基团，亲水性差，电解液不能对其进行充分浸润，且保液率低，造成锂离子迁移困难，影响锂电池的综合性能。

为了提高锂电池的热稳定性及电化学性能，可采用聚合物电解质膜代替传统聚烯烃隔膜。聚合物电解质膜很大程度上能解决热收缩导致电解液泄漏等安全问题。聚丙烯腈(PAN)是常用的一种聚合物电解质膜基材，具有优异的热性能；其分子结构当中的氰基能与电解液当中的锂离子相互作用，与电解液相容，提高了电化学性能。但静电纺聚丙烯腈纤维膜力学强度低，具有一定的应用局限性。因此，通过简便、高效的方法改善聚丙烯腈膜的机械强度，进一步提升电化学性能便具有重要的市场价值。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提出一种聚丙烯腈/纤维素/羟基磷灰石复合隔膜及其制备方法和应用，解决了现有聚烯烃隔膜热稳定性、电解液相容性差的问题。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种聚丙烯腈/纤维素/羟基磷灰石复合隔膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用静电纺丝和热压处理制备得到聚丙烯腈纳米纤维膜；

(2)在有机溶剂中加入羟基磷灰石和分散剂并搅拌超声混匀，得到羟基磷灰石的分散液；在所述羟基磷灰石的分散液中加入纤维素，混匀制备得到羟基磷灰石的纤维素溶液；

(3)将步骤(1)所述聚丙烯腈纳米纤维膜浸渍与步骤(2)所述的羟基磷灰石的纤维素溶液中，然后取出真空干燥即可。

优选的，步骤(1)所述静电纺丝和热压处理的方式为：取聚丙烯腈粉末加入到有机溶液中，40～80℃下搅拌后得到纺丝液进行纺丝，得到聚丙烯腈纤维丝膜，将聚丙烯腈纤维丝膜在90～125℃下热压15～40min即可。

优选的，所述聚丙烯腈粉末在有机溶剂中的浓度为0.095～0.18g/mL。

优选的，所述聚丙烯腈相对分子质量为80000～250000。

优选的，所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二氯甲烷的至少一种。

优选的，步骤(2)所述有机溶剂为甲酸、丙酮、甲醇、二氧六环和三氯甲烷中的至少一种。