本發(fā)明涉及一種納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合制備鋰電池隔膜的方法，屬于鋰電池領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)纖維素是自然界儲(chǔ)量極其豐富的一種多糖類(lèi)生物材料，廣泛存在于木材、棉花、麻及農(nóng)作物秸稈等綠色生物質(zhì)材料中，與其他種類(lèi)纖維素相比具有低成本、低密度、高比強(qiáng)度、高比強(qiáng)模量、生物相容性好、可降解、可再生、可循環(huán)利用等特點(diǎn)。
電池用纖維素基材料：Azizi Samir等人（Macromolecules 37,4839–4844(2004)）已經(jīng)研究了增強(qiáng)聚合物電解質(zhì)薄膜應(yīng)用于鋰離子電池的可能性,Nystrom等人（Nano Lett. 9,3635–3639 (2009)）制備了納米結(jié)構(gòu)的高表面積儲(chǔ)能電極材料,制備它的方法是在從藻類(lèi)中提取的纖維素纖維上單獨(dú)涂敷一層薄薄的聚吡咯,這種復(fù)合材料的高比表面積和良好的電子傳導(dǎo)性，使它適合用在電化學(xué)控制離子交換。這些研究開(kāi)辟了生產(chǎn)環(huán)保，高效，向上可擴(kuò)張性和輕便的儲(chǔ)能系統(tǒng)的新的可能性。
納米二氧化硅無(wú)毒，具有生物相容性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性以及機(jī)械穩(wěn)定性，此外還具有親水性和多孔特性。納米二氧化硅結(jié)構(gòu)中存在大量不飽和殘鍵和不同狀態(tài)的羥基，分子結(jié)構(gòu)呈三維硅石結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以與某些基團(tuán)發(fā)生相互作用，從而大大提高材料的穩(wěn)定性；由于其表面配位不足，表現(xiàn)出極強(qiáng)的活性,將納米二氧化硅分散到材料中，可以提高材料的力學(xué)強(qiáng)度、耐化學(xué)性和抗老化性。
目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的鋰電池隔膜多為塑料、玻璃等材料，這些材料尺寸穩(wěn)定性不好，而且會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題。
制備的納米纖維素/納米SiO2復(fù)合隔膜具有良好的力學(xué)和熱學(xué)性能，有望替代傳統(tǒng)PE、PP等塑料成為鋰離子電池隔膜。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提出的是一種納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合制備鋰電池隔膜的方法，其目的旨在制備一種具有良好的力學(xué)和熱學(xué)性能的鋰離子電池隔膜。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案：納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合制備鋰電池隔膜的方法，包括以下工藝步驟：
a）制備納米纖維素；
b)制備納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合隔膜。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
（1）有利于包裝廢棄物的有效利用；
（2）光學(xué)透明度，波長(zhǎng)在600nm處的透光率達(dá)到80%；
（3）熱膨脹系數(shù)低，熱穩(wěn)定性高。
具體實(shí)施方式
納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合制備鋰電池隔膜的方法，該方法包括以下步驟：
a）制備納米纖維素；
b）制備納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合隔膜。
所述的步驟a）制備納米纖維素，由以下工藝步驟組成：
（1）取廢棄包裝紙用去離子水浸泡一小時(shí)，廢棄包裝紙與去離子水的質(zhì)量比為1:50；
（2）用攪拌機(jī)打碎并過(guò)濾，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的NaOH溶液，在水浴鍋中90℃下浸泡2h，用去離子水洗滌成中性；
（3）加入亞氯酸鈉和冰乙酸，在75℃下浸泡三次，每次一小時(shí)；
（4）用濃度為36％的鹽酸溶液在80℃下浸泡2h，用去離子水洗滌直至中性；（5）用研磨機(jī)研磨15次，轉(zhuǎn)速為1500rpm，將研磨后的纖維素溶液用去離子水稀釋?zhuān)曋频眉{米纖維素懸浮液；
所述廢棄包裝紙、NaOH溶液、亞氯酸鈉、冰乙酸、鹽酸溶液的質(zhì)量比為：
1：1：（0.4-0.5）：（0.36:0.45）：（1-3）。
所述的步驟b）制備納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合隔膜：
在納米纖維素懸浮液中加入納米二氧化硅，經(jīng)超聲混合均勻，真空抽濾制備出納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合隔膜，放干燥箱干燥4-8小時(shí)；所述納米二氧化硅和納米纖維素的質(zhì)量比為1：（1-5）。
通過(guò)酸堿化學(xué)處理方法脫去廢棄包裝紙的木質(zhì)素和半纖維素，然后利用研磨以及高強(qiáng)度超聲處理制備出納米纖維素，所制得納米纖維素的直徑在30-100 nm之間，具有高長(zhǎng)徑比；經(jīng)真空抽濾可制備具有獨(dú)特三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的納米纖維素膜，不僅具有較高的力學(xué)強(qiáng)度，而且具有較高的光學(xué)透明度，波長(zhǎng)在600nm處的透光率達(dá)到80%。
采用溶液混合法將納米纖維素水溶液與納米二氧化硅混合，經(jīng)過(guò)高強(qiáng)度超聲處理制備納米纖維素/納米二氧化硅復(fù)合材料，SEM測(cè)試結(jié)果顯示納米纖維素網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與顆粒狀的納米二氧化硅緊密結(jié)合，納米纖維素起到連接作用，拉伸強(qiáng)度達(dá)77.42MPa，添加納米二氧化硅后，其拉伸提高至86MPa；經(jīng)測(cè)試，納米纖維素純膜的CTE為19.3ppm/k，添加納米SiO2后，復(fù)合隔膜的CTE降至14.2 ppm/k，下降了26.4 %，在納米纖維素中加入納米SiO2，可以降低納米纖維素的熱膨脹系數(shù)，提高熱穩(wěn)定性。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例1
納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合制備鋰電池隔膜的方法，該方法包括以下步驟：
a）制備納米纖維素；
b)制備納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合隔膜。
所述的步驟a）制備納米纖維素，由以下工藝步驟組成：
（1）取10g廢棄包裝紙用500ml去離子水浸泡一小時(shí)；
（2）用攪拌機(jī)打碎并過(guò)濾，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的NaOH溶液10g，在水浴鍋中90℃下浸泡2h，用去離子水洗滌成中性；
（3）加入亞氯酸鈉4.5g和4ml冰乙酸，在75℃下浸泡三次，每次一小時(shí)；
（4）用15ml濃度為36％的鹽酸溶液在80℃下浸泡2h，用去離子水洗滌直至中性；
（5）用研磨機(jī)研磨15次，轉(zhuǎn)速為1500rpm，將研磨后的纖維素溶液用去離子水稀釋?zhuān)曋频眉{米纖維素懸浮液；
（6）將一定量的納米二氧化硅加入上述納米纖維素懸浮液中，通過(guò)超聲使之分散均勻，再經(jīng)過(guò)真空抽濾，制備得到納米纖維素/納米二氧化硅復(fù)合隔膜，放入干燥箱干燥4-8小時(shí)；上述復(fù)合隔膜中納米二氧化硅與納米纖維素的質(zhì)量比為1：5。
實(shí)施例2
納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合制備鋰電池隔膜的方法，該方法包括以下步驟：
a）制備納米纖維素；
b)制備納米纖維素和納米二氧化硅復(fù)合隔膜。
所述的步驟a）制備納米纖維素，由以下工藝步驟組成：
（1）取10g廢棄包裝紙用500ml去離子水浸泡一小時(shí)；
（2）用攪拌機(jī)打碎并過(guò)濾，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％的NaOH溶液10g，在水浴鍋中90℃下浸泡2h，用去離子水洗滌成中性；
（3）加入亞氯酸鈉4.5g和4ml冰乙酸，在75℃下浸泡三次，每次一小時(shí)；
（4）用15ml濃度為36％的鹽酸溶液在80℃下浸泡2h，用去離子水洗滌直至中性；
（5）用研磨機(jī)研磨15次，轉(zhuǎn)速為1500rpm，將研磨后的纖維素溶液用去離子水稀釋?zhuān)曋频眉{米纖維素懸浮液；
（6）將一定量的納米二氧化硅加入上述納米纖維素懸浮液中，通過(guò)超聲使之分散均勻，再經(jīng)過(guò)真空抽濾，制備得到納米纖維素/納米二氧化硅復(fù)合隔膜，放入干燥箱干燥4-8小時(shí)；上述復(fù)合隔膜中納米二氧化硅與納米纖維素的質(zhì)量比為1：1。