[發明專利]植物纖維素膜基質凝膠聚合物電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 201410572986.X
• 申請日: 2014-10-24
• 公開（公告）號: CN104393339B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 黃韻;黃銳;林元華;楊滿;唐水花;李星;周瑩
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一類鋰離子電池用植物纖維素膜基質凝膠聚合物電解質及其制備方法。

背景技術

目前，市面上銷售的鋰離子電池產品絕大部分采用液體電解質材料，這是因為液體電解質具有高的離子電導率、與電極相容性好，可以賦予電池良好的電化學性能。然而，液體電解質卻給電池帶來了安全穩定性差、漏液、爆炸以及電池形狀設計受限等系列問題。在此基礎上，開發了全固態聚合物電解質，這種電解質徹底解決了安全問題，并且最大程度地賦予鋰離子電池形狀設計的空間，但是聚合物固有的運動受限性帶來了低的離子電導性和與電極相容性不佳等問題。因此，大量的科研人員希望在這二者間取得一個平衡，凝膠聚合物電解質應運而生，這種電解質既有液體電解質高的離子電導性，又有固體聚合物電解質好的安全性。凝膠聚合物電解質研究已經經歷了整整20年，但是仍然無法用于鋰離子電池產品中。到目前為止，凝膠聚合物電解質的研究陷入了理論和實驗室研究成果非常成熟，但始終無法將其應用到鋰離子電池產品中的尷尬境地，根本原因在于凝膠聚合物電解質膜的力學性能和尺寸空間穩定性始終達不到大面積成膜的工廠化生產要求。

植物纖維素是植物細胞壁的主要成分，是世界上蘊藏含量最豐富的天然高分子，是人類最寶貴的可再生資源之一。從植物中提取的纖維素可以在適當的工藝條件下形成纖維素膜，這種膜不但具有較好的強度和韌性，并且是多孔性的。我國仍然屬于農業大國，2013年全國秸稈這種農產品副產物達到8億噸，不少地方的農民將其焚燒于田間地頭，給大氣環境造成了極大的破壞，直接、間接經濟損失無法估量。秸稈就是一種能夠大量提供纖維素的資源之一。另外，回收的廢紙和木材廢料也是重要的纖維素來源。

本發明用植物纖維素制備多孔薄膜，再以薄膜為基質在其表面制備凝膠聚合物電解質，得到鋰離子電池用植物纖維素膜基質凝膠聚合物電解質。目前，尚未見任何相關的研究報道。

發明內容

要解決的技術問題

為了徹底解決凝膠聚合物電解質膜無法大面積工廠化成膜這一根本問題，為凝膠聚合物電解質鋰離子電池產品的開發提供了可行性；同時，本發明將秸稈這種農作物副產品、廢紙和木材廢料引入到電池領域，為開發秸稈、廢紙和木材廢料提供更廣闊的空間。

技術方案

本發明用植物纖維素制備多孔薄膜，再以薄膜為基質在其表面制備凝膠聚合物電解質，得到鋰離子電池用植物纖維素膜基質凝膠聚合物電解質。

本發明所述的鋰離子電池用植物纖維素膜基質凝膠聚合物電解質及其制備方法，其技術特征在于：所述植物纖維素來源于秸稈、廢紙和木材廢料等單一原料或混合原料；所述聚合物為聚醚類、聚丙烯酸酯類、聚丙烯腈類、聚偏氟乙烯類、聚磷腈類和聚醋酸乙烯酯類的均聚物、共聚物或混合物；所述的液體電解質中的鋰鹽和增塑劑分別為高氯酸鋰、六氟磷酸鋰中的一種或兩種不同配比的混合物和為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯中的一種或多種混合溶液。

本發明所述的鋰離子電池用植物纖維素膜基質凝膠聚合物電解質及其制備方法，其特征在于：具體步驟如下：

(1)將纖維素漿放入去礦物熱水中，在高速攪拌機中打漿，直到得到均勻的漿料懸浮液，同時控制懸浮液最終濃度在1.0g·L^-1-3.0g·L^-1范圍內；

(2)在抽真空條件下，將懸浮漿料于30s內過濾在濾布上，從濾布上取下濕纖維素膜放入60℃-70℃真空烘箱干燥48h，得到干燥的多孔纖維素膜；

(3)將聚合物于室溫下溶于溶劑中，攪拌得到均勻的溶液；

(4)將干燥的纖維素膜浸泡在得到的溶液中，待纖維素膜最大量吸收溶液后，用鑷子將其取出，使溶劑從纖維素膜中揮發，得到以纖維素膜為基質的聚合物復合物，再于40℃-70℃下置于真空烘箱中除去痕量溶劑；

(5)將得到的干燥纖維素膜基質聚合物復合物于手套箱中浸入濃度為1mol·L^-1液體電解質中，待其吸收最大量液體電解質，聚合物形成凝膠時就制備得到纖維素膜基質凝膠聚合物電解質。

步驟(3)中所述的溶劑為四氫呋喃、丙酮、二甲基甲酰胺中的一種或多種不同配比混合溶液。

有益效果

本發明的有益效果是，提供了一種方法可行、易于實現的工藝，制備得到了一類鋰離子電池用纖維素膜基質凝膠聚合物電解質，這不但徹底解決了凝膠聚合物電解質膜由于力學性能差導致不能大面積成膜而影響工廠化生產這一問題，而且將秸稈、廢紙和木材廢料等大量可提供纖維素的資源開拓了新的應用領域，減少了焚燒這些資源產生的大氣污染。

附圖說明