本發(fā)明涉及儲能材料制備，尤其涉及一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法。

背景技術(shù)：

1、現(xiàn)如今頻繁發(fā)生的電池起火現(xiàn)象將安全性能列為人們的重點(diǎn)關(guān)注因素。電池工作時，由于不均勻的電場分布和離子沉積，使得負(fù)極出現(xiàn)不可控的枝晶生長，進(jìn)而刺穿低強(qiáng)度的隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極短路，嚴(yán)重時可能會發(fā)生電池爆炸起火的安全隱患。

2、隔膜是電池中的重要組件，起到隔絕正負(fù)極防止短路，保證離子傳輸?shù)淖饔?，其材料與結(jié)構(gòu)對于電池穩(wěn)定性與安全性的影響巨大。

3、目前常用的隔膜原材料為玻璃纖維和聚烯烴類隔膜，其中實(shí)驗室常用的玻璃纖維隔膜的力學(xué)性能差、成本高；商用聚烯烴類隔膜電解液浸潤性、耐高溫性差。二者均不利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，也不利于電池的穩(wěn)定性和安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、1.要解決的技術(shù)問題

2、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中隔膜力學(xué)性能和電解液浸潤性差、成本高、不利于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的問題，而提出的一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法。

3、2.技術(shù)方案

4、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

5、一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法，包括以下步驟：

6、步驟1：以丙綸長絲紗為原料，在小樣織機(jī)上織造出組織結(jié)構(gòu)不同的機(jī)織物作為復(fù)合隔膜基底；

7、步驟2：織造完成織物下機(jī)后，使用乙醇和丙酮浸泡處理，于室溫下干燥；

8、步驟3：將纖維素完全溶解于離子液體中，在纖維素漿液中加入氨基酸，使之充分混合，制成復(fù)合隔膜的填充物；

9、步驟4：將填充物置于機(jī)織物表面，使用涂布器將其均勻刮涂于機(jī)織物基底，靜置至充分沉積在基底的孔結(jié)構(gòu)中；

10、步驟5：將步驟4得到的復(fù)合織物浸于去離子水中，反復(fù)置換處理，以此去除步驟3中的離子液體；

11、步驟6：將步驟5置換后的復(fù)合織物置于冷凍干燥機(jī)中除去水分干燥，即得到上述機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜。

12、優(yōu)選地，所述步驟1,機(jī)織物基底原材料一般選擇具有芯吸效應(yīng)的丙綸長絲紗。丙綸長絲紗的細(xì)度可根據(jù)小樣織機(jī)的上機(jī)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

13、優(yōu)選地，所述步驟1，機(jī)織物基底的組織結(jié)構(gòu)包括所有基本組織、變化組織、聯(lián)合組織和復(fù)雜組織。

14、優(yōu)選地，所述步驟3，填充物的研究對象為所有纖維素與氨基酸；纖維素包括所有纖維素及其衍生物，為加快纖維素溶解和豐富隔膜官能團(tuán)的種類，對纖維素進(jìn)行羧基化處理是關(guān)鍵；考慮到填充物沉積效果這一因素，一般選擇相對分子質(zhì)量較小的氨基酸，以降低填充混合液的粘度。

15、優(yōu)選地，所述步驟3，溶劑一般為能夠溶解纖維素的離子液體。離子液體溶劑包括但不限于1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽,1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽等。

16、優(yōu)選地，所述步驟3，沉積物中纖維素與氨基酸的質(zhì)量比可以是1：1、1：2以及2：1；溶解溫度可以是60-90℃。

17、優(yōu)選地，所述步驟四4，涂布厚度一般為100μm以上。

18、優(yōu)選地，所述步驟5，置換離子液體一般使用去離子水，反復(fù)置換至離子液體完全去除即可。

19、本發(fā)明中還提出了機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜在調(diào)節(jié)離子均勻沉積、提高庫倫效率、延長電池循環(huán)壽命中的應(yīng)用。

20、3.有益效果

21、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

22、(1)本發(fā)明中，以機(jī)織物作為基底，纖維素和氨基酸作為填充材料，經(jīng)涂布法等工序制備電池隔膜。機(jī)織物基底織造過程中，利用經(jīng)緯紗的有序交錯，實(shí)現(xiàn)了對于隔膜孔結(jié)構(gòu)與曲度的設(shè)計，在電池內(nèi)部建立了高效的離子傳輸通道。經(jīng)緯紗之間的相互作用使得基底力學(xué)強(qiáng)度增強(qiáng)的同時又不損失柔性，電池循環(huán)時很好地起到抵抗枝晶穿刺的作用。

23、(2)本發(fā)明中，填充材料纖維素和氨基酸的加入，一方面優(yōu)化了隔膜的物理結(jié)構(gòu)，填充織物的大孔結(jié)構(gòu)，提高隔膜對于電解液的保留能力；另一方面，纖維素的羥基和氨基酸的氨基等官能團(tuán)賦予了隔膜電負(fù)性，這將加速正離子的遷移運(yùn)動；最后，豐富了隔膜極性官能的種類與含量，通過均勻電場分布與離子濃度，提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性，延長了電池的循環(huán)壽命。

24、(3)本發(fā)明中，制備方法適用于所有機(jī)織物、纖維素和氨基酸，他們均可通過本發(fā)明的制備方法，制得具有優(yōu)異性能的隔膜。

25、(4)本發(fā)明中，制備方法限定了纖維素與氨基酸的溶解溫度，充分保證溶解效果的同時，避免溫度過高對氨基酸性能的影響；隔膜制備工藝簡單，成本低，所用原材料綠色環(huán)保，有望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法，其特征在于，所述步驟1,機(jī)織物基底原材料一般選擇具有芯吸效應(yīng)的丙綸長絲紗。丙綸長絲紗的細(xì)度可根據(jù)小樣織機(jī)的上機(jī)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法，其特征在于，所述步驟1,機(jī)織物基底的組織結(jié)構(gòu)包括所有基本組織、變化組織、聯(lián)合組織和復(fù)雜組織。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法，其特征在于，所述步驟3,填充物的研究對象為所有纖維素與氨基酸；纖維素包括所有纖維素及其衍生物，為加快纖維素溶解和豐富隔膜官能團(tuán)的種類，對纖維素進(jìn)行羧基化處理是關(guān)鍵；考慮到填充物沉積效果這一因素，一般選擇相對分子質(zhì)量較小的氨基酸，以降低填充混合液的粘度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法，其特征在于，所述步驟3,溶劑一般為能夠溶解纖維素的離子液體。離子液體溶劑包括但不限于1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽,1-乙基-3-甲基咪唑氯鹽等。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法，其特征在于，填充物中纖維素與氨基酸的質(zhì)量比可以是1：1、1：2以及2：1；溶解溫度可以是60-90℃。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法，其特征在于，所述步驟4,涂布厚度一般為100μm以上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法，其特征在于，所述步驟5,置換離子液體一般使用去離子水，反復(fù)置換至離子液體完全去除即可。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的制備方法制備的機(jī)織物基纖維素-氨基酸復(fù)合隔膜的應(yīng)用，其特征在于，所述隔膜在調(diào)節(jié)離子均勻沉積、提高庫倫效率、延長電池循環(huán)壽命中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種機(jī)織物基纖維素?氨基酸復(fù)合隔膜的制備方法。為了解決現(xiàn)有隔膜力學(xué)性能和電解液浸潤性差、成本高、不利于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的問題，本發(fā)明提出一種以機(jī)織物為基底，纖維素和氨基酸作為填充材料，經(jīng)溶解、共融、涂布、置換工序制備出鈉離子電池隔膜的方法。本發(fā)明的復(fù)合隔膜是利用機(jī)織物經(jīng)緯紗的有序交錯，實(shí)現(xiàn)了對隔膜孔結(jié)構(gòu)與曲度的設(shè)計，在提高隔膜力學(xué)性能的同時，在電池內(nèi)部建立了高效的離子傳輸通道。本發(fā)明中，填充材料纖維素和氨基酸進(jìn)一步優(yōu)化了隔膜的孔結(jié)構(gòu)，豐富了隔膜的極性官能團(tuán)，通過均勻電場分布與離子濃度，提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性，延長了電池的循環(huán)壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：張?zhí)焓|,張麗榕,冉奮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：蘭州理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23