[發明專利]一種鎂離子電池用凝膠聚合物電解質及其制備方法

在審

• 申請號: 202210240048.4
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114865069A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 付宇;王永勤
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 劉艷艷

本發明公開了一種鎂離子電池用凝膠聚合物電解質及其制備方法，屬于鎂離子電池技術領域。本發明所述的鎂離子電池用凝膠聚合物電解質的制備方法包括：纖維素與丙烯腈反應得到改性纖維素MC；將改性纖維素MC溶解于有機溶劑中形成均一穩定的MC鑄膜液，將MC鑄膜液涂覆在玻璃板上，浸泡在凝固浴中，待膜成型脫落后，干燥得改性纖維素膜；將步驟S2得到的改性纖維素膜在LX?144電解液浸泡活化，進行凝膠化，制備得到凝膠聚合物電解質。本發明提供的方法制備的高性能鎂離子電池用凝膠聚合物電解質具有電導率高、電化學性能優異等一系列優點，可以顯著提高鎂離子電池的電化學性能。

技術領域

本發明屬于鎂離子電池技術領域，具體涉及一種鎂離子電池用凝膠聚合物電解質及其制備方法。

背景技術

隨著人們生活水平的不斷提高，對能源裝置的安全性及能量密度提出了更高的要求，尤其是在可移動電子設備、電動汽車和大規模儲能等領域。然而，鋰離子電池長期受鋰資源匱乏及安全性等問題的困擾，近年來更加飽受爭議，因此發展低成本和高安全的新型二次電池化學勢在必行。在元素周期表中，鎂與鋰處于對角線位置，具有相似的化學性質，且在地殼中含量更加豐富，遠高于鋰元素，所以鎂離子電池的原材料更便宜；同時，金屬鎂負極得益于2e^-的反應機制，體積比容量高達3833mAh cm^-3，遠遠高于金屬鋰(2046mAh cm^-3)；金屬鎂的化學活性較低，在空氣中制備和處理鎂金屬電極相對安全，這就大大提高了化學電源的安全性。因此，鎂離子電池被認為是未來替代鋰離子電池的理想替換產品之一，受到科學家的廣泛關注。

然而，由于鎂鹽和極性非質子溶劑組成的電解液容易在鎂負極表面形成不導電的鈍化膜，鎂離子難以遷移，阻礙了進一步的鎂沉積/溶解反應。因此，非常有必要尋找一種與Mg負極兼容且不在Mg負極表面形成鈍化層的電解質。迄今為止，研究者已經對能夠可逆沉積/溶解Mg²⁺的液態電解液進行了廣泛的探索，如格氏試劑類電解液/硼系電解質/雙(三氟甲烷磺基)鎂酰亞胺基電解質等。上述電解液中所采用的有機溶劑均為醚類溶劑，這也是迄今為止唯一被證明不與鎂負極形成鈍化膜的溶劑。

與上述液態電解液相比，聚合物電解質因其安全性高/電壓窗口寬/柔韌性好等優點而受到越來越多研究者的廣泛關注。凝膠聚合物電解質結合了固態電解質和液態電解液的優點，成為一種非常有應用前景的電解質。近年來，已報道了一些鎂離子電池用凝膠聚合物電解質，其中大部分以聚偏氟乙烯、聚環氧乙烷、聚丙烯腈為聚合物基體。然而，這些凝膠聚合物電解質在鎂離子電池中并沒有表現出良好的電化學性能。因此，探索新型的凝膠聚合物電解質對于實現穩定、長壽命的鎂離子電池具有重要意義。同時，上述聚合物電解質基體的主要來源依賴于日益減少的化石燃料，具有不可持續、不可生物降解等缺點，隨著鎂離子電池市場的逐步擴大，有可能造成較大的環境污染問題，不符合當今綠色發展的理念。

為了解決上述問題，生物質基聚合物電解質因其具有低成本、高熱穩定性/優異的機械強度和良好的電化學性能而受到廣泛關注，其對能源存儲系統的可持續發展具有極大的推動作用。然而，天然高分子材料表面含有許多極性官能團，而這些官能團在材料自組裝成膜時容易形成氫鍵，進而形成致密的生物質膜，不利于鎂離子的傳輸。因此，設計并制備一種高性能的鎂離子電池用生物基凝膠聚合物電解質仍然是一個巨大的挑戰。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種鎂離子電池用凝膠聚合物電解質及其制備方法，該鎂離子電池用凝膠聚合物電解質具有良好電化學性能。

為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的。

一種凝膠聚合物電解質的制備方法，包括：

步驟S1.改性纖維素(Modified cellulose，簡稱為MC)的制備：纖維素與丙烯腈反應得到改性纖維素MC；