[發明專利]一種基于細菌纖維素的三維網絡聚合物凝膠電解質膜的制備方法

有效

• 申請號: 201711216871.7
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN109841899B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 溫兆銀;徐東;王慶;靳俊;吳梅芬
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/0525
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及一種基于細菌纖維素的三維網絡聚合物凝膠電解質膜的制備方法，包括：將細菌纖維素干膜置于水中加熱，得到細菌纖維素水凝膠膜；將細菌纖維素水凝膠膜浸泡于醇溶劑中，進行第一次恒溫靜置，得到細菌纖維素醇凝膠膜；將細菌纖維素醇凝膠膜浸入水中，進行第二次恒溫靜置，得到提純的細菌纖維素水凝膠膜；將提純的細菌纖維素水凝膠膜快速冷凍后，依次經恒溫低壓干燥、真空恒溫干燥得到細菌纖維素基三維網絡聚合物多孔膜；以及將細菌纖維素基三維網絡聚合物多孔膜浸入液態電解液中，吸附至飽和，得到細菌纖維素基三維網絡聚合物凝膠電解質膜。本發明的制備方法工藝簡便、成本低、效率高。

技術領域

本發明屬于鋰二次電池用聚合物凝膠電解質領域，尤其涉及基于細菌纖維素的三維網絡聚合物凝膠電解質的制備方法、由該制備方法制備得到的凝膠電解質膜及含有該凝膠電解質膜的鋰離子電池。

背景技術

當今社會，科技日新月異，經濟迅猛發展，同時環境污染與能源短缺問題也日益加劇，引起全球各界廣泛關注。為應對環境與能源危機，開發和使用清潔能源變得十分迫切。能源的存儲是清潔能源使用過程中的重要環節，因此開發和研究高比能量電化學儲能技術變得十分具有現實意義。

商業鋰離子電池采用石墨特征碳材料作為負極，其理論比容量僅為372mAhg^-1，而金屬鋰的理論比容量高達3860mAhg^-1，是一種質量比能量極高的負極材料。盡管如此，金屬鋰始終無法大規模應用于商業鋰電池中，限制金屬鋰應用的主要問題包括兩個方面：(1)在充放電過程中，金屬鋰負極與電解液界面上不斷發生SEI膜的生成和破裂過程，致使電池界面阻抗不斷增大，電解液不斷消耗，電池在充放電過程中的庫倫效率不斷衰減；(2)鋰負極表面化學環境不均勻，導致鋰離子在沉積過程中不均勻生長，產生大量鋰枝晶和“死鋰”，快速生長的枝晶易穿透電池隔膜導致電池內部短路，引發電池燃燒及爆炸等安全事故。

有研究表明使用固態聚合物電解質取代傳統液態電解液能夠有效抑制鋰枝晶的生長。然而，固態聚合物電解質存在離子電導率低、界面相容性差的問題。從1982年至今，研究中常利用無機填料復合的方法來降低聚合物電解質的結晶度，從而增加離子電導率，但其研究結果并不理想，例如Kwang-Sun Ji等人利用納米級SiO₂顆粒對PEO基固態聚合物電解質進行復合改性，通過調節SiO₂顆粒的質量分數得到一個電導率的最佳值，表明SiO₂顆粒的復合確實能夠提升PEO固態聚合物電解質的電導率，但是其在25℃下的離子電導率仍然僅為2.3×10^-5S cm^-1，遠低于電池工作時電解質所須達到的離子電導率(K.-S.Ji,etl.Journal of Power Sources,2003,117,124-130.)。關于填料改性固態聚合物電解質的報道有很多，但所得到的離子電導率均不理想，結果大同小異(X.T.Fu,etl.Crystengcomm,2016,18, 4236-4258.)。