一种复合改性纤维素尼龙隔膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及锂离子电池材料，特别涉及一种复合改性纤维素尼龙隔膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、隔膜的作用主要是阻止电子传导，防止两电极间接触造成的内部短路，并保证电解液中离子能顺畅通过。隔膜对锂离子电池的电化学性能及安全性能起到重要的作用。

2、锂离子电池常用的聚烯烃类隔膜(例如聚乙烯pe隔膜和聚丙烯pp隔膜)孔隙率低，不利于离子的快速迁移，直接影响锂离子电池的倍率性能；其次，聚烯烃类隔膜浸润性和保液性较差，难以满足锂离子电池长循环稳定性的要求；而且聚烯烃类隔膜热稳定性差，也难以满足锂离子电池高电压下充放电下的安全性要求。

3、纤维素隔膜具有高的孔隙率、优异的热稳定性和良好的浸润性，从而得到广泛的应用，但是现有纤维素隔膜仍然存在热稳定性不高、吸液性和保液性差、离子电导率低的问题，从而影响锂离子电池的安全性能、倍率性能和循环稳定性。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的技术问题，本发明实施例提供的一种复合改性纤维素尼龙隔膜及其制备方法和应用。

2、本发明实施例提供的复合改性纤维素尼龙隔膜的制备方法，首先使用离子液体将纤维素、尼龙、pvp-k30和聚丙烯腈进行溶解共混得到共混铸膜液，再通过挤出机将共混铸膜液形成薄膜，使用去离子水洗去多余溶剂后干燥得到纤维素尼龙膜，将纤维素尼龙膜浸泡于一定质量浓度的双三氟甲基磺酰亚胺锂中，得到改性纤维素尼龙膜，最后将预制好的聚酰胺类浆料涂覆于改性纤维素尼龙膜上，烘干得到复合改性纤维素尼龙隔膜。

3、本发明提供的制备方法制备得到的复合改性纤维素尼龙隔膜，其中，纤维素和尼龙通过交联构成三维网状结构的薄膜，尼龙的加入弥补了纤维素机械强度低的问题，从而提高隔膜的拉伸强度；双三氟甲基磺酰亚胺锂分散于三维网状结构的表面和/或孔隙中，可以促进锂离子的迁移，降低锂离子电池的阻抗，从而降低锂离子电池极化的风险；聚酰亚胺涂层具有微孔的特点，不仅可以增强隔膜的机械强度以及耐高温性能，还能在一定程度上避免由于聚酰亚胺涂层包覆而降低隔膜离子导电率的问题。

4、本发明实施例提供的复合改性纤维素尼龙隔膜不仅具有良好的耐热性能、机械性能、吸液性和保液性，同时在双三氟甲基磺酰亚胺锂的改性下具有优异的锂离子迁移率，从而将复合改性纤维素尼龙隔膜应用于锂离子电池中时，可以使锂离子电池具有优异的电化学性能。

5、为此，第一方面，本发明实施例提供了一种复合改性纤维素尼龙隔膜的制备方法，所述制备方法包括:

6、使用离子液体将纤维素、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮-k30和聚丙烯腈进行溶解共混，得到共混铸膜液；

7、将共混铸膜液通过挤出机制备得到薄膜；

8、使用去离子水清洗薄膜上多余的溶剂后，进行干燥处理，得到纤维素尼龙膜；

9、将纤维素尼龙膜浸泡于一定质量浓度的双三氟甲基磺酰亚胺锂中，得到改性纤维素尼龙膜；

10、将预先制备好的聚酰胺类浆料涂覆于改性纤维素尼龙膜上，烘干处理后得到复合改性纤维素尼龙隔膜。

11、优选的，所述离子液体包括：咪唑型离子液体、哌啶型离子液体、吡啶型离子液体、吡咯烷型离子液体、季膦型离子液体、季铵型离子液体、吗啉型离子液体中的一种或多种；

12、所述纤维素包括：多聚合纤维素、木质素纤维、纤维素醚、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素中的一种或多种；

13、所述尼龙具体包括：尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙61或尼龙中的一种或多种。

14、优选的，所述离子液体、纤维素、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮-k30和聚丙烯腈的质量比为[1-10]：[0.1-1]:[0.1-1]:[0.1-1]：[0.1-1]。

15、优选的，所述双三氟甲基磺酰亚胺锂的质量浓度为1％-4％。

16、优选的，所述干燥处理的温度在60℃-80℃之间，干燥时间在4小时-6小时之间；

17、所述烘干处理的温度在在60℃-80℃之间，干燥时间在4小时-6小时之间。

18、优选的，所述聚酰胺类浆料的具体制备过程为：将聚酰亚胺树脂粉末、造孔剂与有机溶剂混合均匀，得到聚酰胺类浆料。

19、进一步优选的，所述造孔剂包括：甘油、二甘油、乙醇、乙二醇、溴化锂、氯化锂、氢氧化锂中的一种或多种；

20、所述有机溶剂包括：n，n-二甲基乙酰胺、n，n-二甲基乙酰胺、六甲基磷酰三胺、二甲基亚砜中的一种或多种；

21、所述聚酰亚胺树脂粉末、造孔剂与有机溶剂的质量比为

22、[1-10]:[1-5]:[1-50]。

23、第二方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的制备方法制备得到的复合改性纤维素尼龙隔膜。

24、优选的，所述复合改性纤维素尼龙隔膜包括：纤维素、尼龙、双三氟甲基磺酰亚胺锂、聚酰亚胺；

25、所述纤维素和尼龙通过交联构成三维网状结构的薄膜，所述聚酰亚胺涂覆于所述薄膜的表面，所述双三氟甲基磺酰亚胺锂分散于三维网状结构的表面和/或孔隙中；

26、所述复合改性纤维素尼龙隔膜的厚度在5μm-50μm之间。

27、第三方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述第二方面所述的复合改性纤维素尼龙隔膜。

28、本发明实施例提供的复合改性纤维素尼龙隔膜的制备方法，首先使用离子液体将纤维素、尼龙、pvp-k30和聚丙烯腈进行溶解共混得到共混铸膜液，再通过挤出机将共混铸膜液形成薄膜，使用去离子水洗去多余溶剂后干燥得到纤维素尼龙膜，之后将纤维素尼龙膜浸泡于一定质量浓度的双三氟甲基磺酰亚胺锂中，得到改性纤维素尼龙膜，最后将预制好的聚酰胺类浆料涂覆于改性纤维素尼龙膜上，烘干得到复合改性纤维素尼龙隔膜。

29、本发明提供的制备方法制备得到的复合改性纤维素尼龙隔膜，其中，纤维素和尼龙通过交联构成三维网状结构的薄膜，尼龙的加入弥补了纤维素机械强度低的问题，从而提高隔膜的拉伸强度；双三氟甲基磺酰亚胺锂分散于三维网状结构的表面和/或孔隙中，可以促进锂离子的迁移，降低锂离子电池的阻抗，从而降低锂离子电池极化的风险；聚酰亚胺涂层具有微孔的特点，不仅可以增强隔膜的机械强度以及耐高温性能，还能在一定程度上避免由于聚酰亚胺涂层包覆而降低隔膜离子导电率的问题。

30、本发明实施例提供的复合改性纤维素尼龙隔膜不仅具有良好的耐热性能、机械性能、吸液性和保液性，同时在双三氟甲基磺酰亚胺锂的改性下具有优异的锂离子迁移率，从而将复合改性纤维素尼龙隔膜应用于锂离子电池中时，可以使锂离子电池具有优异的电化学性能。

技术特征：

1.一种复合改性纤维素尼龙隔膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括:

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体包括：咪唑型离子液体、哌啶型离子液体、吡啶型离子液体、吡咯烷型离子液体、季膦型离子液体、季铵型离子液体、吗啉型离子液体中的一种或多种；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体、纤维素、尼龙、聚乙烯吡咯烷酮-k30和聚丙烯腈的质量比为[1-10]：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述双三氟甲基磺酰亚胺锂的质量浓度为1％-4％。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的温度在60℃-80℃之间，干燥时间在4小时-6小时之间；

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺类浆料的具体制备过程为：将聚酰亚胺树脂粉末、造孔剂与有机溶剂混合均匀，得到聚酰胺类浆料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述造孔剂包括：甘油、二甘油、乙醇、乙二醇、溴化锂、氯化锂、氢氧化锂中的一种或多种；

8.一种上述权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的复合改性纤维素尼龙隔膜。

9.根据权利要求8所述的复合改性纤维素尼龙隔膜，其特征在于，所述复合改性纤维素尼龙隔膜包括：纤维素、尼龙、双三氟甲基磺酰亚胺锂、聚酰亚胺；

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括上述权利要求8所述的复合改性纤维素尼龙隔膜。

技术总结
本发明公开了一种复合改性纤维素尼龙隔膜及其制备方法和应用，制备方法包括:使用离子液体将纤维素、尼龙、PVP‑K30和聚丙烯腈进行溶解共混，得到共混铸膜液；将共混铸膜液通过挤出机制备得到薄膜；使用去离子水清洗薄膜上多余的溶剂后，进行干燥处理，得到纤维素尼龙膜；将纤维素尼龙膜浸泡于一定质量浓度的双三氟甲基磺酰亚胺锂中，得到改性纤维素尼龙膜；将预先制备好的聚酰胺类浆料涂覆于改性纤维素尼龙膜上，烘干处理后得到复合改性纤维素尼龙隔膜；将复合改性纤维素尼龙隔膜应用于锂离子电池中，可以促进锂离子的迁移，降低锂离子电池的阻抗，从而降低锂离子电池极化的风险，提高锂离子电池的安全性、倍率性能和循环性能。

技术研发人员：吕金辉,曹文卓,闫昭,李婷
受保护的技术使用者：湖州南木纳米科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16