一种聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜的制备方法

本发明涉及锂离子电池隔膜制备领域，具体涉及一种聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜及其制备方法。

背景技术：

1、迫于环境污染和能源危机的情况，拥有环保和可持续发展的新型能源逐渐成为重要研究对象。新能源汽车是世界汽车技术的重要发展方向，以锂离子电池作为主要储能设备是新能源汽车目前采用的主要手段。隔膜是锂离子电池中的关键部件，它不仅影响锂离子电池的电性能，也影响锂离子电池的安全性。如何在满足低成本的同时提高性能是锂离子电池技术的攻关方向。

2、目前商用的锂电池隔膜主要是以聚烯烃材料制造的多孔隔膜，这类隔膜不仅难以在自然条件下降解从而造成严重的环境问题，还会因电池工作时产生的高温环境而导致其尺寸和形态发生改变，从而引发火灾或爆炸，造成严重的安全问题。并且传统商用隔膜材料为非极性材料，具有疏水性且孔隙率低，通常情况下孔隙率只有50%左右，导致电池内阻高，发热量大，也会影响电池的安全性能。如何在满足低成本的同时提高电池性能是锂离子电池技术的攻关方向。

3、细菌纤维素（bc）是由葡糖醋杆菌等细菌在一定的条件下合成的纤维素，它的合成过程是一个绿色低能耗的过程。细菌纤维素与植物或海藻产生的天然纤维素具有相同的分子结构单元，同时还具有高结晶度和高聚合度。除此以外，细菌纤维素还具有超精细网状结构,细菌纤维素纤维是由直径3～4 nm的微纤组合成40～60 nm粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构；其弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上，抗张强度高。细菌纤维素还具有高孔隙率、高耐热性、良好的生物相容性等优异特性，广泛应用于生物医学、能源材料等领域。

4、公开号为cn109873106b的专利提供了一种埃洛石-细菌纤维素复合隔膜的制备方法，该专利以细菌纤维素膜作为基底，与改性处理过的埃洛石浸泡在烷硅偶联剂中，在超声波作用下，得到复合膜前驱体溶液，再通过抽滤、烘干制备而成。公开号为cn106531931b的专利也提供了一种金属氧化物-纤维素复合隔膜的制备方法，该专利同样以细菌纤维素作为基底，将其浸泡在含有硝酸盐和纳米氧化物的有机溶剂中，再通过分步热压烘干制备得到。上述专利所制备出来的复合隔膜都具有机械强度高、润湿性好、孔隙率高和离子电导率大的特点，可以满足锂离子电池的应用。但是所制备的隔膜均为电化学惰性隔膜，只能起到传输离子和物理阻挡的作用，并且增加了器件整体的质量，对器件整体的电化学质量比容量有不利的影响。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种具有电化学活性的聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜的制备方法。本发明的技术解决方案为：

2、一种聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜的制备方法，是由在纯细菌纤维素隔膜上表面抽滤一层聚吡咯包覆的细菌纤维素复合而成。

3、一种聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：

4、s1、将细菌纤维素膜置于浓度为2wt%的氢氧化钠溶液中，并于80℃水浴处理1-2h，取出后用无水乙醇清洗至中性，再置于乙醇中浸泡1-2h进行溶剂置换，然后用高速搅拌机在乙醇中搅拌得到固含量为4%的细菌纤维素分散液；

5、s2、取步骤s1得到的分散液100ml，加入4ml浓盐酸搅拌30-60min，再加入3.35-6.71g吡咯单体，然后在0~4℃条件下搅拌2-3h配制成单体分散液a；另取步骤s1得到的分散液100ml，加入6.76-13.52g三氯化铁配制成氧化剂分散液b；将分散液b缓慢加入到分散液a中进行搅拌，然后将上述混合液在0~4℃条件下反应12-24h，得到聚吡咯包覆细菌纤维素分散液；

6、s3、利用真空抽滤将步骤s1得到的分散液量取20-30ml进行固液分离得到滤饼，再将步骤s2得到的混合分散液量取20-30ml覆盖在滤饼上再次进行抽滤，然后用无水乙醇洗涤混合滤饼至中性，最后真空80℃烘干，得到聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜。

7、所述的复合隔膜的厚度为30~40μm。

8、由于采用的上述技术方案，本发明的有益效果是：

9、（1）细菌纤维素（bc）是由葡糖醋杆菌等细菌在一定的条件下合成的纤维素，产量大，价格低廉，具有高孔隙率、高耐热性、良好的生物相容性等优点，本发明将预处理后的细菌纤维素膜用高速搅拌机在乙醇中搅拌得到均匀的细菌纤维素分散液，操作工艺简单，便于规模化生产。

10、（2）吡咯也是无毒便宜的化学原料，对环境的危害性小。聚吡咯的单元结构是由碳碳单键和碳碳双键交替的二共轭体系构成。其中，聚合物内的二电子类似于金属导体中的自由电子，在外加电场的作用下，组成π键的电子沿着大分子链快速移动，因此聚吡咯具有很好的导电性。此外，聚吡咯可以发生很好的氧化还原反应，利用这一优点所制备出的复合隔膜相较于传统的惰性隔膜拥有了电化学活性，能在一定程度上提高锂电池的整体电化学性能。同时，结合了细菌纤维素的优点，所制备的复合隔膜也拥有高孔隙率、高吸液率、高热稳定性等特性，提高了隔膜的安全性能。

技术特征：

1.一种聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜，其特征在于，所述的复合隔膜是在纯细菌纤维素隔膜上表面覆盖一层聚吡咯包覆的细菌纤维素而成。

2.一种聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

3.如权利要求3所述的一种聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜的制备方法，其特征在于：加工得到的聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜的厚度为30-40 μm。

技术总结
本发明提供了一种聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜及其制备方法。将细菌纤维素膜（简称BC）利用高速搅拌在乙醇中均匀分散，再通过真空抽滤制成纯BC隔膜，然后在纯BC隔膜上表面抽滤一层聚吡咯包覆的BC后烘干，即得到聚吡咯复合细菌纤维素基锂电池隔膜。本发明制备复合隔膜的工艺简单，节能、环保，得到的细菌纤维素基隔膜应用于锂离子电池时，表现出良好的电化学性能，在锂离子电池领域具有广阔的应用前景。

技术研发人员：许杰,张云,范玲玲,刘梦,叶德展
受保护的技术使用者：武汉纺织大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24