本發(fā)明涉及一種鋰電池隔膜材料，尤其是離子液體溶劑體系下改性纖維素鋰電池隔膜的制備方法，特別適用于鋰電池隔膜的使用。
背景技術(shù)：
隨著鋰離子電池逐步在以混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)為代表的新能源汽車(chē)中得到廣泛應(yīng)用，蓬勃發(fā)展的新興市場(chǎng)對(duì)鋰電池的性能，尤其是熱安全性能提出了更高的技術(shù)要求。電池隔膜可以控制微粒離子的通過(guò)，防止電池電極的內(nèi)部短路，隔膜性能直接影響到電池的循環(huán)壽命和安全性能。隔膜是鋰電池的核心部件之一，且隔膜的成本占鋰電池總成本的25%左右，開(kāi)發(fā)低成本、具有高安全性能的隔膜至關(guān)重要。
隔膜的熱安全性（閉孔和破膜溫度）取決于制備隔膜基材的熔點(diǎn)，目前使用的聚烯烴膜材料如PE熔點(diǎn)為128～135℃，PP為150～160℃，其在高溫下易變形，導(dǎo)致正負(fù)極直接接觸出現(xiàn)熱失控而爆炸，已經(jīng)不能滿(mǎn)足高功率動(dòng)力電池安全性的需要。聚烯烴隔膜材料的透氣性和浸潤(rùn)性（吸液性、保液性）較差，無(wú)法完全滿(mǎn)足電池快速充放電的要求，影響電池的循環(huán)使用壽命。
面對(duì)當(dāng)前的石油等不可再生資源的短缺以及環(huán)境污染問(wèn)題，加快纖維素等可再生資源的開(kāi)發(fā)利用迫在眉睫。與合成高分子相比，它可完全降解、無(wú)毒、無(wú)污染、易于改性、生物相容性好，被公認(rèn)為世界綠色能源和化工的主要原料。纖維素的熱穩(wěn)定性好，初始分解溫度在270℃以上，對(duì)電解液的浸潤(rùn)性較好，耐化學(xué)溶劑和電化學(xué)穩(wěn)定性好，能夠確保高吸液率和高安全性能。但純纖維素膜機(jī)械強(qiáng)度較低，需要對(duì)其進(jìn)行改性處理，確保在改善其機(jī)械性能的同時(shí)拓寬其應(yīng)用范圍。尼龍具有機(jī)械性能優(yōu)良、抗沖擊性能好、熔點(diǎn)高（228℃）、耐弱酸和耐堿等特點(diǎn)。將具有良好熱穩(wěn)定性的尼龍與纖維素共混，兩者進(jìn)行性能上的互補(bǔ)，可以替代聚烯烴隔膜材料并能保證電池的熱安全性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種離子液體體系下改性纖維素鋰電池隔膜的制備方法，采用離子液體為溶劑，以尼龍為聚合物材料，對(duì)纖維素進(jìn)行共混改性制備共混膜，進(jìn)一步以水性聚氨酯為浸漬液對(duì)共混膜進(jìn)行浸漬改性，制備出安全性能高、各項(xiàng)性能穩(wěn)定的改性纖維素鋰電池隔膜。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所制備的改性纖維素鋰電池隔膜厚度為50～200μm，機(jī)械強(qiáng)度為20～70MPa，電解液吸收率為100～500%，孔隙率為40～90%。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種改性纖維素鋰電池隔膜，使用尼龍?jiān)陔x子液體中對(duì)纖維素進(jìn)行共混改性，得到纖維素/尼龍共混鑄膜液，然后鑄涂成膜，得到纖維素/尼龍共混膜，進(jìn)一步將共混膜在水性聚氨酯中進(jìn)行浸漬，經(jīng)去離子水浸泡，取出干燥后最終得到改性纖維素鋰電池隔膜。
所述纖維素為棉漿粕、闊葉木漿粕或針葉木漿粕中的一種或多種混合漿粕中提取的天然纖維素。
所述尼龍為尼龍6、尼龍66 、尼龍11、尼龍12、尼龍61或尼龍9T中的一種。
所述離子液體為吡啶類(lèi)離子液體、咪唑醋酸鹽離子液體、咪唑鹵化鹽離子液體或氨基酸離子液體中的一種。
所述水性聚氨酯為聚醚型水性聚氨酯、聚酯型水性聚氨酯以及聚醚、聚酯混合型水性聚氨酯中的一種。
上述的改性纖維素鋰電池隔膜的制備方法，包括以下步驟：
（1）離子液體溶解尼龍：用離子液體溶解尼龍時(shí)，溫度為90～160°C，攪拌時(shí)間為5-10h，離子液體和尼龍的質(zhì)量比為5:1～15:1；
（2）離子液體溶解纖維素：用離子液體溶解纖維素時(shí)，溫度為50～120°C，攪拌時(shí)間為4～8h，離子液體和纖維素的質(zhì)量比5:1～15:1；
（3）纖維素共混改性：按照尼龍和纖維素的質(zhì)量比為1：0.5～1，在步驟（1）得到得尼龍溶液中加入步驟（2）得到的纖維素溶液，共混溫度為70～130°C，共混時(shí)間為30～180min；
（4）共混膜的制備：將混合纖維素/尼龍共混溶液鑄涂成膜，進(jìn)行相分離、干燥工藝，最終制成纖維素/尼龍共混膜；
（5）共混膜的浸漬改性：以水性聚氨酯為浸漬液，將共混膜在水性聚氨酯中進(jìn)行浸漬處理，水性聚氨酯的濃度為10～50%，浸漬時(shí)間為6～48h，浸漬完成后，將改性共混膜浸泡在去離子水中5～30min，取出干燥；
所述步驟（4）為將共混后纖維素/尼龍共混溶液鑄涂成膜后利用沉淀劑對(duì)其進(jìn)行相分離，然后經(jīng)干燥后制備出纖維素/尼龍共混膜；
所述沉淀劑為水或其它有機(jī)小分子溶劑中的一種。
本發(fā)明的有益效果是：以離子液體溶解的纖維素與尼龍共混物制備共混膜，以水性聚氨酯作為共混膜浸漬液，經(jīng)干燥后得到改性纖維素鋰電池隔膜。整個(gè)過(guò)程無(wú)中間衍生物生成，綠色環(huán)保且離子液體可重復(fù)使用，制備的鋰電池隔膜機(jī)械性能高、熱安全性能好，各項(xiàng)性能指標(biāo)穩(wěn)定，可應(yīng)用于鋰電池隔膜的使用。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案和有益技術(shù)效果更加清晰，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1 離子液體體系下改性纖維素鋰電池隔膜的制備
第一步：溶解尼龍。將5g1-丁基-3甲基吡啶醋酸鹽、1g尼龍66加入到圓底燒瓶中，在110°C下攪拌8h，至尼龍66全部溶解；
第二步：溶解纖維素。將5g1-丁基-3甲基吡啶醋酸鹽、0.5g纖維素加入到圓底燒瓶中，在90°C下攪拌5h，至纖維素全部溶解；
第三步：纖維素/尼龍共混。將溶解的纖維素溶解加入到已溶解的尼龍溶液，在80°C下攪拌90min，進(jìn)行纖維素/尼龍的共混；
第四步：共混膜制備。將得到的纖維素/尼龍共混鑄膜液鑄涂成膜，用乙醇溶液作為沉淀劑，經(jīng)過(guò)相分離、干燥等工藝，最終制得纖維素/尼龍共混膜；
第五步：電池隔膜制備。將制備出的共混膜浸泡在濃度為30%的水性聚氨酯中，5h后取出，浸泡在去離子水中10min后，取出干燥。
實(shí)施例2 離子液體體系下改性纖維素鋰電池隔膜的制備
第一步：溶解尼龍。將9g1-丁基-3甲基咪唑醋酸鹽、1g尼龍11加入到圓底燒瓶中，在120°C下攪拌19h，至尼龍11全部溶解；
第二步：溶解纖維素。將9g1-丁基-3甲基吡啶醋酸鹽、0.7g纖維素加入到圓底燒瓶中，在110°C下攪拌4h，至纖維素全部溶解；
第三步：纖維素/尼龍共混。將溶解的纖維素溶解加入到已溶解的尼龍溶液，在90°C下攪拌30min，進(jìn)行纖維素尼龍的共混；
第四步：共混膜制備。將得到的纖維素/尼龍共混鑄膜液鑄涂成膜，用乙醇溶液作為沉淀劑，經(jīng)過(guò)相分離、干燥等工藝，最終制得纖維素/尼龍共混膜；
第五步：電池隔膜制備。將制備出的共混膜浸泡在濃度為20%的水性聚氨酯中，10h后取出，浸泡在去離子水中15min后，取出干燥。
實(shí)施例3 離子液體體系下改性纖維素鋰電池隔膜的制備
第一步：溶解尼龍。將8g1-乙基-3甲基咪唑溴鹽、1g尼龍6加入到圓底燒瓶中，在100°C下攪拌10h，至尼龍6全部溶解；
第二步：溶解纖維素。將8g1-乙基-3甲基咪唑溴鹽、0.8g纖維素加入到圓底燒瓶中，在100°C下攪拌4h，至纖維素全部溶解；
第三步：纖維素尼龍共混。將溶解的纖維素溶解加入到已溶解的尼龍溶液，在110°C下攪拌60min，進(jìn)行纖維素尼龍的共混；
第四步：共混膜制備。將得到的纖維素/尼龍共混鑄膜液鑄涂成膜，用乙醇溶液作為沉淀劑，經(jīng)過(guò)相分離、干燥等工藝，最終制得纖維素/尼龍共混膜；
第五步：電池隔膜制備。將制備出的共混膜浸泡在濃度為25%的水性聚氨酯中，8h后取出，浸泡在去離子水中10min后，取出干燥。
對(duì)實(shí)施例1-3生產(chǎn)的鋰電池隔膜進(jìn)行測(cè)試：其厚度為50～150μm，機(jī)械強(qiáng)度在30MPa以上，電解液吸收率在210%以上，孔隙率達(dá)到60%?？梢?jiàn)本發(fā)明的隔膜材料吸液率高，機(jī)械性能好，安全性能較為理想。
上述說(shuō)明指出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其它實(shí)施例的排除。本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。