一种超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜的制备方法

本发明涉及电池隔膜生产领域，具体是一种超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜的制备方法。

背景技术：

1、隔膜是锂离子电池的关键部件之一，其作用是隔开正负极防止电池短路，并且为锂离子在正负极之间的离子传递提供通道。因此隔膜的性能直接影响到锂离子电池的电化学性能和安全性能。在锂金属电池的实际应用中，锂枝晶生长导致的安全问题一直困扰着人们。隔膜在电池中可以起到抵挡锂枝晶的作用，但目前商业化使用的pp和pe等聚烯烃隔膜的拉伸强度较低，因此，提高隔膜的强度来阻抗锂枝晶的穿刺是目前研究的重点。随着能源技术的快速发展，对锂离子电池能量密度的要求越来越高，而隔膜厚度的降低，可以提高锂离子电池的质量和体积能量密度。常规的pp隔膜厚度最薄为16μm，继续降低pp隔膜的厚度，其强度也将随之降低，因此具有较好的强度性能的同时降低隔膜厚度是目前隔膜发展的重要研究方向。同时，隔膜的离子电导率影响着电池的循环性能，具有高离子电导率和高离子迁移数的隔膜可以提高电池的循环性能。pp和pe等非极性聚烯烃隔膜对电解液浸润性较差，进而导致电池内阻较大，加之其孔隙率较低(约40％)而带来的低离子电导率(约0.3ms/cm)，会严重限制电池的大倍率性能，难以满足电池大电流快速充放电的需要。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明一方面公开了一种超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、搅拌条件下，将碱式碳酸铜/硝酸银溶解于氨水，得到铜/银氨溶液，在铜/银氨溶液中分次加入纤维素材料，得到铜/银氨纤维浆料；

5、s2、将铜/银氨纤维浆料刮涂到平板上，然后浸泡在功能洗液中，成膜后冲洗膜表面至中性，通过逐步加压滤除膜中的自由水，保留结合水；

6、s3、将干燥的膜裁剪成型，即得超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜。

7、作为本发明进一步的方案：步骤s1中，碱式碳酸铜/硝酸银与氨水的质量比为1:(9-12)。

8、作为本发明进一步的方案：步骤s1中，纤维素材料与铜/银氨溶液的质量比为1:(25-40)。

9、作为本发明进一步的方案：步骤s2中，逐步加压具体为：至少分三次加压至10-40mpa，每次加压5-10mpa并保压至少1h。

10、作为本发明进一步的方案：步骤s2中，功能洗液为氢氧化钠(或氢氧化钾和氢氧化钡)溶液、硝酸溶液(或盐酸溶液)、九水合硝酸铝(或氯化铝)溶液中的至少一种。

11、作为本发明进一步的方案：纤维素材料为棉花、木质素纤维、甲基纤维素和纳米纤维素等纤维素中的至少一种。

12、作为本发明进一步的方案：步骤s2中，刮涂具体为：用流延法采用高度为100-200μm的刮刀将浆料刮涂在平板上。

13、本发明另一方面公开了上述制备方法所制得的超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜。

14、作为本发明进一步的方案：其厚度低于10μm，离子电导率为0.82ms/cm-2.14ms/cm。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、本发明提供的铜/银氨纤维隔膜，cu2+/ag+与纤维素纳米纤维(cnfs)的羟基进行配位，可以扩大聚合物链之间的间距，使得锂离子在锻链中快速迁移。锂离子在这种一维的传导通道中的传递比pp和pe隔膜的孔径运输要更快，锂离子电导率也更高。目前铜/银氨纤维隔膜的离子电导率可以达到2.14ms cm-1，大幅度提高了材料的循环性能，尤其是在大倍率下的充放电性能，在li||ncm811全电池在5c循环的情况下有153mah g-1的高放电比容量。

17、本发明利用铜/银氨纤维作为原料，使用逐步加压的压滤工艺制备出厚度为10μm的铜/银氨纤维隔膜，逐步增压可干燥除水，同时保留隔膜中结合水的存在，产生氢键使得膜的拉伸强度可以达到90mpa以上。此外，cu2+/ag+打开了纤维素链之间的间距，提高了锂离子在隔膜中的传输速度，使得隔膜的离子电导率大幅提高。

18、相对于商用的pp和pe隔膜，本发明所提供的铜/银氨纤维隔膜具有更低的厚度(＜10μm)，有利于提高电池的能量密度。由于结合水的存在与纤维素中的羟基形成氢键，使得隔膜的拉伸强度达到了90mpa(是pp横向拉伸强度的6倍)。并且隔膜中存在一定的氢氧化铜纳米纤维，抗热收缩性相较于pp和pe隔膜有较大的提升，无机物的存在对于抵挡锂枝晶也有一定的作用。铜/银氨纤维隔膜中的cu2+/ag+打开了纤维素长链之间的间距，有利于锂离子在纤维素链之间的传递，铜/银氨纤维隔膜的锂离子迁移数(t+＝0.67)和离子电导率(2.14ms/cm)远高于pp隔膜的离子迁移数(t+＝0.34)和离子电导率(0.3ms/cm)。

技术特征：

1.一种超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜的制备方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，碱式碳酸铜/硝酸银与氨水的质量比为1：(9-12)。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，纤维素材料与铜/银氨溶液的质量比为1:(25-40)。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，逐步加压具体为：至少分三次加压至10-200mpa，每次加压5-10mpa并保压至少1h。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，功能洗液为碱性溶液、酸性溶液、九水合硝酸铝溶液中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，纤维素材料为棉花、木质素纤维、甲基纤维素、纳米纤维素中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中，刮涂具体为：用流延法采用高度为100-200μm的刮刀将浆料刮涂在平板上。

8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法所制得的超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜。

9.根据权利要求8所述的超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜，其特征在于，其厚度低于10μm，离子电导率为0.82ms/cm-2.14ms/cm。

技术总结本发明公开了一种超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜的制备方法，包括步骤：S1、搅拌条件下，将碱式碳酸铜/硝酸银溶解于氨水，得到铜/银氨溶液，在铜/银氨溶液中分次加入纤维素材料，得到铜/银氨纤维浆料；S2、将铜/银氨纤维浆料刮涂到平板上，然后浸泡在功能洗液中，成膜后用去离子水冲至中性，通过逐步加压滤除膜中的自由水，保留结合水；S3、将上一步得到的膜裁剪成型，即得超薄高离子电导率铜/银氨纤维隔膜。本发明以铜/银氨纤维作为原材料制备超薄隔膜，该隔膜厚度低于10μm，进一步提高电池的体积能量密度和质量能量密度。其次，逐步加压方式使得隔膜中保留部分结合水，与纤维素链上的羟基形成氢键，大幅提高了隔膜的强度。技术研发人员：平炜炜,黄贤准,项宏发受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29