[發明專利]一種纖維素聚合物電解質膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710363621.X
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107129592B
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發明（設計）人: 于海鵬;趙大偉;張奇;陳文帥
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: C08J9/40
• 分類號: C08J9/40;C08J9/28;C08J3/075;C08J5/18;H01G11/84;H01G11/56
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供了一種纖維素聚合物電解質膜及其制備方法和應用。本發明以纖維素作為原料，纖維素分子結構之間的重新組裝和大量的介孔結構使其具有高的孔隙率、吸收與保持電解液的性能，提高了其離子電導率；纖維素分子鏈之間的大量氫鍵作用以及三維均相體系使其具有很好的力學性能。本發明提供的纖維素聚合物電解質膜能夠進行反復折疊，表面柔韌性和透明性良好；具有豐富的介孔結構，孔徑可調性，且隨著調濕時間的延長，孔徑變大，孔徑更加均勻；孔隙率為71.78％，離子電導率為0.325s/cm，力學性能良好。本發明提供的纖維素聚合物電解質膜應用于柔性全固態超級電容器和微型超級電容器時，具有良好電化學性能和應用對象的可伸縮性。

技術領域

本發明涉及電解質膜技術領域，尤其涉及一種纖維素聚合物電解質膜及其制備方法和應用。

背景技術

聚合物電解質是一種新型的應用于柔性、便攜式和高性能的能量儲存器件，如超級電容器、鋰離子電池(Li-ion)、鋰硫電池(Li-S)和鋅空電池(Zn-O₂)等二次電池中非液體的電解質材料，具有電解質與隔膜的雙重功能。

聚合物電解質膜由于其高離子電導率、寬電化學窗口和使用安全性而引起越來越多的關注。聚合物電解質膜具有電解質和隔膜的雙重功能，促進了便攜式和可穿戴式電子設備的儲能系統的開發。目前為止，技術人員已經做了許多努力來制備高性能凝膠聚合物電解質和多孔聚合物電解質：在聚(乙二醇)接枝聚(亞芳基醚酮)復合的微孔聚合物膜中摻入殼聚糖-LiClO₄制得凝膠電解質，該聚合物電解質顯示出良好的機械性能和低泄漏性，并且當結合到固態雙電層電容器中時具有高的循環穩定性；氧化石墨烯摻雜離子凝膠電解質顯示出高離子電導率，采用該凝膠電解質組裝全固態SC，表現出高電容性能和良好的循環穩定性。

然而，傳統的聚合物電解質不可再生、生物降解性差，機械性能不足、離子導電率低，制備方法通常都使用非綠色的溶劑，步驟繁瑣且耗時，這在一定程度上降低了全固態SC的電化學性能及限制了其在其它儲能器件中的應用，且組裝的超級電容器的柔韌性不足，大幅度的彎曲狀態下會嚴重影響其電化學性能。所以有必要采用一種新穎、簡單、方便、綠色環保的方法制備具有可再生、完全生物可降解、高離子電導率、抗機械性能強的聚合物電解質膜材料，且應用于超級電容器等儲能器件展現出優越的電化學性能與柔韌穩定性，滿足當代產品智能、柔韌、環保的理念。

發明內容

本發明的目的在于提供一種纖維素聚合物電解質膜及其制備方法和應用，本發明提供的制備方法操作簡單，使用的溶劑均為綠色溶劑，無毒無害，健康環保，采用的原材料纖維素是完全可再生和生物降解的材料。本發明提供的纖維素聚合物電解質膜同時具有優異的柔韌性、力學性能和電化學性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種纖維素聚合物電解質膜的制備方法，包含如下步驟：

將溶劑和纖維素進行混合，得到原料液相混合物；

對所述原料液相混合物進行脫氣處理，得到脫氣體系；

將所述脫氣體系涂覆于載體表面后，進行調濕處理再在置換液中進行置換，得到水凝膠體系；

將所述水凝膠體系設置于兩個聚四氟乙烯微孔膜之間，干燥處理得到纖維素膜；

將所述纖維素膜在電解液中吸附，得到纖維素聚合物電解質膜。

優選的，所述溶劑為離子液體、NaOH和尿素的混合溶液或二甲基乙酰胺和氯化鋰的混合物。

優選的，所述溶劑和纖維素的質量比為(45～55):(1～5)。

優選的，所述脫氣處理的真空度為0.001～0.05MPa；

所述脫氣處理的時間為1～10h。

優選的，所述置換液為水、乙醇或丙酮。