一种纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法

刘洪斌，张 昊，安兴业，刘 晶，管 敏，孙熠炜，卢宗红，尚 振

申请人：天津科技大学

申请号：201711368653.5

申请公布号：CN 108172738 A

申请公布日：2018-06-15

权利要求书

1.一种纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料。

第二步，将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页，其中，将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页前，向混合浆料中加入纳米纤维素；或者，将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页后，在纤维素基锂电池隔膜湿纸页上涂布纳米纤维素。

第三步，将所述纤维素基锂电池隔膜湿纸页进行后处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸。

2.根据权利要求1 所述的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，其特征在于所述木质纤维素浆料采用如下方法制得：将纤维素浆粕进行打浆处理，直到打浆度为40～92 °SR，得到木质纤维素浆料。

3.根据权利要求1 所述的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，其特征在于所述木质纤维素浆料采用如下方法制得：将纤维素浆粕进行消潜疏解，得木质纤维素浆料。

4.根据权利要求2 或3 所述的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，其特征在于所述纤维素浆粕为漂白针叶木硫酸盐浆、漂白阔叶木硫酸盐浆、木质纤维机械浆中的一种或多种。

5.根据权利要求1 所述的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，其特征在于所述混合浆料中聚磺酰胺纤维与木质纤维素的质量比为1:（1～4）；

其中，所述向混合浆料中加入纳米纤维素包括：按照每100 g 的混合浆料中加入4～12 g 的纳米纤维素，向混合浆料中加入纳米纤维素；向混合浆料中加入纳米纤维素后，所述混合浆料中总纤维总浓度为2%～10%；

或者，所述在纤维素基锂电池隔膜湿纸页上涂布纳米纤维素包括：按照每100 g 的混合浆料对应4～12 g 的纳米纤维素，在纤维素基锂电池隔膜湿纸页上涂布纳米纤维素。

6.根据权利要求1 所述的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，其特征在于所述纳米纤维素浆料中纳米纤维素的纤维长度为150 nm～6 μm，纳米纤维素的纤维宽度为2～100 nm。

7.根据权利要求1 所述的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，其特征在于将第二混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页前，所述纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法还包括：稀释混合浆料，使得混合浆料中总纤维质量浓度为1%～4%。

8.根据权利要求1 所述的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，其特征在于将所述纤维素基锂电池隔膜湿纸页原纸进行后处理包括：将纤维素基锂电池隔膜湿纸页依次进行双面压榨，干燥和压光处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸。

9.根据权利要求7 所述的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，其特征在于所述双面压榨时，每面压榨所使用的压力为3～10 MPa，每面压榨时间为2～10 min；所述干燥所使用的温度为80～105 ℃，所述干燥所使用的时间为5～20 min，所述压光所使用的温度为100～120 ℃，所述压光所使用的压力为2～5 MPa。

10.根据权利要求1 所述的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，其特征在于所述纤维素基锂电池隔膜原纸的厚度为20～60 μm，定量为20～50 g/m2。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种纤维素基电池隔膜原纸的制备方法。

背景技术

面对日益严峻的环境污染和能源短缺问题，世界各国都加大了对新能源材料的开发和利用。锂电池隔膜作为锂电池产品的关键部位之一，其生产和使用在新能源材料行业中受到各国有关部门的高度重视。相对于传统的聚烯烃类锂电池隔膜，纤维素基锂电池隔膜由于其在经济和技术上可行，而且具有非常优异的物理性能和电化学性能，已经引起了人们极大的重视。

然而，纤维素基锂电池隔膜原纸所使用的纤维素比表面积比较低，使得纤维素基锂电池隔膜原纸的机械强很差，从而影响纤维素基锂电池隔膜的物理性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，以提高纤维素基锂电池隔膜原纸的机械性能，从而保证纤维素基锂电池隔膜具有良好的物理性能。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法，该纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法包括如下步骤：

第一步，将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料。

第二步，将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页，其中，将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页前，向混合浆料中加入纳米纤维素；或者，将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页后，在纤维素基锂电池隔膜湿纸页上涂布纳米纤维素。

第三步，将所述纤维素基锂电池隔膜湿纸页进行后处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸。

与现有技术相比，本发明纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法中，通过将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成混合浆料，使得木质纤维素与磺酰胺纤维可以通过氢键作用形成三维立体网状结构，而将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页前，通过在混合浆料中加入纳米纤维素浆料，或者将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页后，在纤维素基锂电池隔膜湿纸页上涂布纳米纤维素，可以使得纳米纤维素能够很好的分散在三维立体网状结构中，以使得纤维素基锂电池隔膜原纸的机械性能大幅度提高；不仅如此，在三维立体网状结构中的纳米纤维素与木质纤维素、聚磺酰胺纤维发生氢键作用，以进一步减小三维立体网状结构的孔隙度，这不仅使得三维立体网状结构的孔隙度均匀化，而且还能够通过纳米纤维素与木质纤维素、聚磺酰胺纤维之间的相互氢键作用，提高基于纤维素基锂电池隔膜原纸的纤维素基锂电池隔膜的抗拉伸强度。

而通过测试证明，本发明提供的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法所制成的纤维素基锂电池隔膜原纸的热收缩率比较低，且具有良好的可湿性，使得纤维素基锂电池隔膜原纸用于纤维素基锂电池隔膜时，纤维素基锂电池隔膜具有良好的物理性能。

附图说明

图1 为不同纤维素基锂电池隔膜原纸的扫描电镜图。

具体实施方式

下面对本发明提供的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法进行详细说明。本发明提供的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法包括两种具体实现形式。

第一种实现形式，纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法包括如下步骤：

第一步，将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料；

第二步，向混合浆料中加入纳米纤维素，然后将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页；

第三步，对纤维素基锂电池隔膜湿纸页进行后处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸。

第二种实现形式，纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法包括如下步骤：

第一步，将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料；

第二步，将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页；

第三步，在纤维素基锂电池隔膜湿纸页上涂布纳米纤维素，然后对纤维素基锂电池隔膜湿纸页进行后处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸。

本发明提供的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法中，通过将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成混合浆料，使得木质纤维素与磺酰胺纤维可以通过氢键作用形成三维立体网状结构，而将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页前，通过在混合浆料中加入纳米纤维素浆料，使得纳米纤维素能够很好的分散在三维立体网状结构中，以使得纤维素基锂电池隔膜原纸的机械性能大幅度提高；不仅如此，纳米纤维素在三维立体网状结构中的纳米纤维素与木质纤维素、聚磺酰胺纤维发生氢键作用，以进一步减小三维立体网状结构的孔隙度，这不仅使得三维立体网状结构的孔隙度均匀化，而且还能够通过纳米纤维素与木质纤维素、聚磺酰胺纤维之间的相互氢键作用，提高基于纤维素基锂电池隔膜原纸的纤维素基锂电池隔膜的抗拉伸强度。

而通过测试证明，本发明提供的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法所制成的纤维素基锂电池隔膜原纸具有均一化的微孔，使得纤维素基锂电池隔膜的热收缩率比较低，且具有良好的可湿性，使得纤维素基锂电池隔膜原纸用于纤维素基锂电池隔膜时，纤维素基锂电池隔膜具有良好的物理性能。

具体的，上述第一步中，聚磺酰胺纤维浆料则是将聚磺酰胺纤维分散到水中制成；木质纤维素浆料的纤维浓度设定，在此不再赘述。至于木质纤维素浆料可以采用如下两种方式中的任意一种制得。

第一种，将纤维素浆粕进行打浆处理，直到打浆度为40～92 °SR，得到木质纤维素浆料；

第二种，将纤维素浆粕进行消潜疏解，得木质纤维素浆料。

其中，上述纤维素浆粕的种类多种多样，如漂白针叶木硫酸盐浆、漂白阔叶木硫酸盐浆、木质纤维机械浆中的一种或多种。

第二步中，考虑到纳米纤维素、聚磺酰胺纤维与木质纤维素之间具有氢键作用，为了使得三者之间的氢键作用力发挥到最大效能，上述混合浆料中聚磺酰胺纤维与木质纤维素的质量比为1∶（1～4），如1∶2、1∶3、1∶4 或1∶1。

其中，向混合浆料中加入纳米纤维素包括：按照每100 g 的混合浆料中加入4～12 g 的纳米纤维素，向混合浆料中加入纳米纤维素；向混合浆料中加入纳米纤维素后，混合浆料中总纤维总浓度为2%～10%。

在纤维素基锂电池隔膜湿纸页上涂布纳米纤维素包括：按照每100 g 的混合浆料对应4～12 g 的纳米纤维素，在纤维素基锂电池隔膜湿纸页上涂布纳米纤维素。

纳米纤维素浆料中纳米纤维素的纤维长度为150 nm～6 μm，纤维宽度为2～100 nm，这样能够使得纳米纤维素更好的进入到三维立体网状结构中，以更好的调整三维立体网状结构。

示例性的，将第二混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页前，需要将第二混合浆料用水稀释至质量浓度为1%～4%，以使得纤维充分的分散，抄造所使用的设备为抄片器或造纸机。

第三步，将纤维素基锂电池隔膜湿纸页依次进行双面压榨，干燥和压光处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸；双面压榨时，每面压榨所使用的压力为3～10 MPa，每面压榨时间为2～10 min；干燥所使用的温度为80～105 ℃，所述干燥所使用的时间为5～20 min，压光所使用的温度为100～120 ℃，所述压光所使用的压力为2～5 MPa。

将所述纤维素基锂电池隔膜湿纸页进行后处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸。纤维素基锂电池隔膜原纸的厚度为20～60 μm，定量为20～50 g/m2。

下面结合实施例对本发明提供的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法进行详细说明。

实施例1

（1）将漂白针叶木硫酸盐浆进行打浆处理，直到打浆度为80 °SR，得到木质纤维素浆料，木质纤维素浆料中纤维质量浓度为10%。

（2）将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料，混合浆料中聚磺酰胺纤维与木质纤维素的质量比为1∶3。

（3）向混合浆料中加入纳米纤维素，此时混合浆料的总纤维质量浓度为6%，然后将混合浆料用水稀释，直到混合浆料中的总纤维质量浓度为1%，每100 g 混合浆料中加入4 g 纳米纤维素；浆料中纳米纤维素的纤维长度为150 nm～500 μm，纳米纤维素的纤维宽度为2～300 nm。

（4）将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页。

（5）将纤维素基锂电池隔膜湿纸页依次进行双面压榨，干燥和压光处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸；双面压榨时，每面压榨所使用的压力为5 MPa，每面压榨时间为5 min。

干燥所使用的温度为95 ℃，干燥所使用的时间为10 min，压光所使用的温度为120 ℃，压光所使用的压力为2 MPa，纤维素基锂电池隔膜原纸的厚度为40 μm，定量为40 g/m2。

实施例2

（1）将漂白针叶木硫酸盐浆进行打浆处理，直到打浆度为80 °SR，得到木质纤维素浆料，木质纤维素浆料中纤维质量浓度为10%。

（2）将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料，混合浆料中聚磺酰胺纤维与木质纤维素的质量比为1∶3。

（3）向混合浆料中加入纳米纤维素，此时混合浆料的总纤维质量浓度为6%，然后将混合浆料用水稀释，直到混合浆料中的总纤维质量浓度为1%，在每100 g 混合浆料中加入8 g 纳米纤维素；纳米纤维素浆料中纳米纤维素的纤维长度为150 nm～500 μm，纳米纤维素的纤维宽度为2～300 nm。

（4）将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页。

（5）将纤维素基锂电池隔膜湿纸页依次进行双面压榨，干燥和压光处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸；双面压榨时，每面压榨所使用的压力为5 MPa，每面压榨时间为5 min；干燥所使用的温度为95 ℃，干燥所使用的时间为10 min，压光所使用的温度为120 ℃，压光所使用的压力为2 MPa，纤维素基锂电池隔膜原纸的厚度为40 μm，定量为40 g/m2。

实施例3

（1）将漂白针叶木硫酸盐浆进行打浆处理，直到打浆度为80 °SR，得到木质纤维素浆料，木质纤维素浆料中纤维质量浓度为10%。

（2）将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料，混合浆料中聚磺酰胺纤维与木质纤维素的质量比为1∶3。

（3）向混合浆料中加入纳米纤维素，此时混合浆料的总纤维质量浓度为6%，然后将混合浆料用水稀释，直到混合浆料中的总纤维质量浓度为1%，每100 g 混合浆料中加入12 g 纳米纤维素；浆料中纳米纤维素的纤维长度为150 nm～500 μm，纳米纤维素的纤维宽度为2～300 nm。

（4）将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页。

（5）将纤维素基锂电池隔膜湿纸页依次进行双面压榨，干燥和压光处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸；双面压榨时，每面压榨所使用的压力为5 MPa，每面压榨时间为5 min；干燥所使用的温度为95 ℃，干燥所使用的时间为10 min，压光所使用的温度为120 ℃，压光所使用的压力为2 MPa，纤维素基锂电池隔膜原纸的厚度为40 μm，定量为40 g/m2。

实施例4

（1）将漂白针叶木硫酸盐浆和木质纤维机械浆混合进行打浆处理，直到打浆度为40 °SR，得到木质纤维素浆料，木质纤维素浆料中总纤维质量浓度为10%。

（2）将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料，混合浆料中聚磺酰胺纤维与木质纤维素的质量比为1∶1。

（3）向混合浆料中加入纳米纤维素，此时混合浆料的总纤维质量浓度为2%，然后将混合浆料用水稀释，直到混合浆料中的总纤维质量浓度为1%，每100 g 混合浆料中加入6 g 纳米纤维素；浆料中纳米纤维素的纤维长度为150～500 nm，纳米纤维素的纤维宽度为2～50 nm。

（4）将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页。

（5）将纤维素基锂电池隔膜湿纸页依次进行双面压榨，干燥和压光处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸；双面压榨时，每面压榨的压力为3 MPa，每面压榨时间为10 min；干燥所使用的温度为105 ℃，干燥所使用的时间为5 min，压光所使用的温度为100 ℃，压光所使用的压力为5 MPa，纤维素基锂电池隔膜原纸的厚度为20 μm，定量为20 g/m2。

实施例5

（1）将漂白针叶木硫酸盐浆进行打浆处理，直到打浆度为92 °SR，得到木质纤维素浆料，木质纤维素浆料中纤维质量浓度为10%。

（2）将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料，混合浆料中聚磺酰胺纤维与木质纤维素的质量比为1∶4。

（3）向混合浆料中加入纳米纤维素，此时混合浆料的总纤维质量浓度在10%，然后将混合浆料用水稀释，直到混合浆料中总纤维的质量浓度为4%，每100 g 混合浆料中加入9 g 纳米纤维素；浆料中纳米纤维素的纤维长度为30 nm～1 μm，纳米纤维素的纤维宽度为50～100 nm。

（4）将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页。

（5）将纤维素基锂电池隔膜湿纸页依次进行双面压榨，干燥和压光处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸；双面压榨时，每面压榨所使用的压力为10 MPa，每面压榨时间为2 min；干燥所使用的温度为80 ℃，干燥所使用的时间为20 min，压光所使用的温度为108 ℃，压光所使用的压力为3 MPa，纤维素基锂电池隔膜原纸的厚度为60 μm，定量为50 g/m2。

实施例6

（1）将纤维素浆粕进行消潜疏解，得到木质纤维素浆料，木质纤维素浆料中纤维质量浓度为10%。

（2）将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料，混合浆料中聚磺酰胺纤维与木质纤维素的质量比为1∶3。

（3）将混合浆料用水稀释，直到混合浆料中总纤维的质量浓度为3%。

（4）将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页。

（5）在纤维素基锂电池隔膜湿纸页的表面涂布纳米纤维素，浆料中纳米纤维素的纤维长度为30nm～1μm，纳米纤维素的纤维宽度为50～100 nm。

将纤维素基锂电池隔膜湿纸页依次进行双面压榨，干燥和压光处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸；双面压榨时，每面压榨所使用的压力为5 MPa，每面压榨时间为5 min；干燥所使用的温度为95 ℃，干燥所使用的时间为10 min，压光所使用的温度为120 ℃，压光所使用的压力为2 MPa，纤维素基锂电池隔膜原纸的厚度为40 μm，定量为40 g/m2。

对比例

（1）将漂白针叶木硫酸盐浆进行打浆处理，直到打浆度为80 °SR，得到木质纤维素浆料，木质纤维素浆料中纤维质量浓度为10%。

（2）将聚磺酰胺纤维浆料与木质纤维素浆料混合成均匀，得到混合浆料，混合浆料中聚磺酰胺纤维与木质纤维素的质量比为1∶4。

（3）将混合浆料稀释至质量浓度为1%，然后将混合浆料抄造成纤维素基锂电池隔膜湿纸页。

（4）将纤维素基锂电池隔膜湿纸页依次进行双面压榨，干燥和压光处理，得到纤维素基锂电池隔膜原纸；双面压榨时，每面压榨所使用的压力为5 MPa，每面压榨时间为5 min；干燥所使用的温度为95 ℃，干燥所使用的时间为10 min，压光所使用的温度为120 ℃，压光所使用的压力为2 MPa，纤维素基锂电池隔膜原纸的厚度为40 μm，定量为40 g/m2。

为了证明本发明提供的纤维素基锂电池隔膜原纸的制备方法的有益效果，表1 给出了上述实施例和对比例所制备的纤维素基锂电池隔膜原纸应用于纤维素基锂电池隔膜时，纤维素基锂电池隔膜的物理性能试验结果。

表1 纤维素基锂电池隔膜的物理性能试验结果

通过表1 可以发现，相对实施例1—实施例6，随着纳米纤维素的添加量增加，所制备的纤维素基锂电池隔膜原纸应用于纤维素基锂电池隔膜时，纤维素基锂电池隔膜的物理性能测试结果越来越好。

图1 给出了不同纤维素基锂电池隔膜原纸的扫描电镜图，A 为对比例所制得纤维素基锂电池隔膜原纸的扫描电镜图，B 为实施例1 所制得的纤维素基锂电池隔膜原纸的扫描电镜图，C 为实施例2 所制得的纤维素基锂电池隔膜原纸的扫描电镜图，D为实施例3 所制得的纤维素基锂电池隔膜原纸的扫描电镜图。通过图1 和表1 相互参照可以发现，随着纳米纤维素添加量的升高，纤维素基锂电池隔膜原纸的孔隙度呈现较大幅度的下降，并且均一化程度增加。

图1 不同纤维素基锂电池隔膜原纸的扫描电镜图