【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碱性电池，尤其涉及一种复合纳米保护层碱性电池隔膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前，用电器的便携化和多样化使得高能量密度、大电流放电成为碱锰电池未来的发展方向，这也对电池材料包括隔膜的安全性提出了更高要求。隔膜在电池中起到的主要作用是隔离电池正负极活性物质，防止因两极活性物质直接接触而造成电池内部短路。但允许电解质离子的自由穿行。市面上常用的碱性电池隔膜孔径在5～10μm，但分布较广，其中最大孔径超过30μm，这是因为这些隔膜都是采用纤维交织成形的，孔隙结构和孔径无法控制，导致离子迁移不够均匀，离子迁移主要集中在孔径大等效内阻小的地方，孔径小的地方，离子迁移速率慢，电池性能下降，当孔径足够大时，会出现自放电，甚至短路现象。另外，孔径的不均匀也会造成锌沉积的不均匀，从而使得锌在隔膜上异常生长，破坏隔膜，所以隔膜的孔径调节对电池安全性非常重要。因此，需要提供一种孔隙均匀，耐碱性能好，吸液储液可控，尤其是安全性能优异的碱性电池隔膜。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种复合纳米保护层碱性电池隔膜及其制备方法和应用。本专利技术提供的复合纳米保护层碱性电池隔膜孔隙均匀，耐碱性能好，吸液储液可控，安全性能优异。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种复合纳米保护层碱性电池隔膜，包括依次层叠设置的外层1、中间层2和内层3，所述外层1为纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层，所述纳米纤维素-纳米碳酸
4、优选地，所述外层1的厚度为1～15μm，所述中间层2的厚度为20～55μm，所述内层3的厚度为30～70μm。
5、优选地，所述纳米纤维素5的直径为20～100nm，所述纳米碳酸钙4的粒径为50～200nm。
6、优选地，所述纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层由包括以下步骤的方法制得：
7、将再生纤维素纤维与氢氧化钙混合研磨后通入二氧化碳，进行沉淀反应，在纤维素上原位生长出纳米碳酸钙，得到所述纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层。
8、优选地，所述氢氧化钙的质量为纤维素质量的10％～50％。
9、优选地，所述渗透剂7包括非离子型表面活性剂。
10、优选地，所述再生纤维素纤维6与渗透剂7的质量比为55：0.5～5。
11、优选地，所述维纶纤维8的纤维长度为2～6mm，纤维线密度为0.6～2.0dtex，缩醛化比例为30％～40％。
12、本专利技术还提供了上述技术方案所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜的制备方法，包括以下步骤：
13、提供再生纤维素纤维浆料和维纶纤维浆料；所述再生纤维素纤维浆料中含有渗透剂7；
14、将再生纤维素纤维、氢氧化钙和水混合，得到纤维素-氢氧化钙混合料；
15、将所述纤维素-氢氧化钙混合料研磨，得到纳米纤维素-氢氧化钙混合料；
16、向所述纳米纤维素-氢氧化钙混合料内通二氧化碳，直至ph值为中性，得到纳米纤维素-纳米碳酸钙混合料；
17、将所述维纶纤维浆料和再生纤维素纤维浆料分别成形，形成所述内层3和中间层2，复合后，得到隔膜前体；
18、在所述隔膜前体的表面涂覆所述纳米纤维素-纳米碳酸钙混合料后进行干燥，形成所述外层1，得到所述复合纳米保护层碱性电池隔膜。
19、本专利技术还提供了上述技术方案所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜在碱性电池领域中的应用。
20、本专利技术提供了一种复合纳米保护层碱性电池隔膜，包括依次层叠设置的外层1、中间层2和内层3，所述外层1为纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层，所述纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层包括纳米纤维素5和纳米碳酸钙4，所述中间层2包括再生纤维素纤维6和负载在所述再生纤维素纤维表面的渗透剂7，所述内层3为维纶纤维8。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
22、本专利技术中，外层1为离子迁移调控层，中间层2为吸液储液层，内层为耐碱层，外层1为纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层，纳米碳酸钙4生长在纳米纤维素5上，不脱落，且分布极度均匀，通过纳米纤维素5和纳米碳酸钙4来共同调节隔膜的孔径，充分利用了纳米碳酸钙4改性后的孔隙对离子迁移的均化作用，实现了对电解液中离子迁移速率的调控，并实现了锌沉积的选择性，且纳米纤维素5本身的成膜性好，无需添加胶粘剂，且纳米纤维素5与中间层2的再生纤维素纤维6存在氢键作用，结合强度较好，纳米碳酸钙4的存在也将大幅提升隔膜的耐温性能，由于纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层的存在，不需要使用长度短、线密度低、成本极高的纤维，给制备过程纤维的分散带来了便利；各层孔径不同，从而提高了吸液能力，进而降低了内阻，且由于各层的孔并不贯通，从而提高了电解液保持能力，提高了隔膜的离子导电能力；采用多层复合隔膜，具有较高的机械强度；再生纤维素纤维层为中间吸液储液层，维纶纤维层作为耐碱内层，从而实现了电池工作时间长的要求，显著提高了电池的工作时间。
23、进一步地，中间层2能够通过控制再生纤维素纤维6的打浆度以及渗透剂7添加量较好地实现对隔膜的吸液量和吸液速度的调控，原因在于同一型号碱性电池的电解液注入量是一定的，若出现隔膜吸液量太大或吸液速度太快，将导致电极吸液量小。若隔膜吸液量太小，电池性能受影响，吸液速度太慢，电解液来不及浸透隔膜。
24、进一步地，纳米纤维素5的制备原料为再生纤维素纤维，本身耐碱性能较好，加上氢氧化钙提供的碱性环境(ph值为11～13)，对纤维素进一步碱处理，大幅提升了纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层以及隔膜的耐碱性。
25、综上，本专利技术的复合纳米保护层碱性电池隔膜通过采用多层结构设计，实现了对碱性电池隔膜孔径的调节，对离子迁移的均化作用，进而实现了锌沉积的选择性，耐碱性能好，吸液储液可控，提高了电池的安全性和循环寿命。
26、本专利技术还提供了上述技术方案所述复合纳米保护层碱性电池隔膜的制备方法，本专利技术的制备方法原料来源广泛，流程简单。
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1.一种复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，包括依次层叠设置的外层(1)、中间层(2)和内层(3)，所述外层(1)为纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层，所述纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层包括纳米纤维素(5)和纳米碳酸钙(4)，所述中间层(2)包括再生纤维素纤维(6)和负载在所述再生纤维素纤维表面的渗透剂(7)，所述内层(3)为维纶纤维(8)。
2.根据权利要求1所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，所述外层(1)的厚度为1～15μm，所述中间层(2)的厚度为20～55μm，所述内层(3)的厚度为30～70μm。
3.根据权利要求1所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，所述纳米纤维素(5)的直径为20～100nm，所述纳米碳酸钙(4)的粒径为50～200nm。
4.根据权利要求1或3所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，所述纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层由包括以下步骤的方法制得：
5.根据权利要求4所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，所述氢氧化钙的质量为纤维素质量的10％～50％。
6.根据权利
7.根据权利要求1或6所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，所述再生纤维素纤维(6)与渗透剂(7)的质量比为55：0.5～5。
8.根据权利要求1所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，所述维纶纤维(8)的纤维长度为2～6mm，纤维线密度为0.6～2.0dtex，缩醛化比例为30％～40％。
9.权利要求1～8任一项所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.权利要求1～8任一项所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜在碱性电池领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，包括依次层叠设置的外层(1)、中间层(2)和内层(3)，所述外层(1)为纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层，所述纳米纤维素-纳米碳酸钙混合层包括纳米纤维素(5)和纳米碳酸钙(4)，所述中间层(2)包括再生纤维素纤维(6)和负载在所述再生纤维素纤维表面的渗透剂(7)，所述内层(3)为维纶纤维(8)。
2.根据权利要求1所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，所述外层(1)的厚度为1～15μm，所述中间层(2)的厚度为20～55μm，所述内层(3)的厚度为30～70μm。
3.根据权利要求1所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，所述纳米纤维素(5)的直径为20～100nm，所述纳米碳酸钙(4)的粒径为50～200nm。
4.根据权利要求1或3所述的复合纳米保护层碱性电池隔膜，其特征在于，所述纳米纤维素-纳米碳酸钙混...
【专利技术属性】
技术研发人员：江骁雅，赵涛，王晓飞，陈雪峰，刘文波，林建兴，肖贵华，江铭，许传波，杜秀，卢晨，王月江，杨小博，毛宗久，孙德文，王萌，
申请(专利权)人：中国制浆造纸研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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