CN105355978B - 木质素基体凝胶聚合物电解质 - Google Patents

木质素基体凝胶聚合物电解质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及木质素基体凝胶聚合物电解质，其特征在于：首先制备木质素膜，将600～900mg木质素和40～60ml去离子水混合，于30～35℃范围内搅拌均匀，再于60～70℃范围内蒸发掉水分；其次制备木质素基体凝胶聚合物电解质，木质素膜置于真空烘箱中50～80℃范围内干燥6～10h，再浸入液体电解质中0.5～1h；得到的木质素基体凝胶聚合物电解质配比为：木质素质量百分数为25wt.％～35wt.％，液体电解质质量百分数为75wt.％～65wt.％。本发明的有益效果是，以木质素这种天然高分子材料替代当前普遍使用的合成聚合物作为凝胶聚合物电解质的基体，这不但开发出了更多的凝胶聚合物电解质的新型基体，制备出天然可降解的电解质，使得以其为电解质的锂离子电池达到真正的零环境污染，而且开拓出了木质素新的应用领域。

Description

木质素基体凝胶聚合物电解质
技术领域
本发明涉及木质素基体凝胶聚合物电解质，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
锂离子电池由正极、负极和电解质三部分构成，其中，电解质是载流子锂离子在正负电极间传输的介质。当前，锂离子电池产品通常使用的电解质为液态电解质和固态聚合物电解质，然而，二者分别存在漏液、爆炸、燃烧和离子导电性不高、成本高昂的问题。凝胶聚合物电解质目前虽然还没有在电池中得到应用，但却是一类兼具液体电解质和固态聚合物电解质所有优点的电解质，是锂离子电池未来得到更大发展空间的关键之一。液态电解质在实际使用时必须在电极之间额外加装一层聚合物隔膜，固态聚合物电解质和凝胶聚合物电解质在实际使用时电解质中添加了聚合物基体。电解质中所使用的聚合物隔膜和聚合物基体都是不容易降解的，显然，在这个层面上锂离子电池并没有达到完全绿色环保的要求。随着锂离子电池每年使用量的持续增加，电解质所造成的″白色污染″也必将不容忽视。因此，本发明基于发展潜力巨大的凝胶聚合物电解质，首次提出以木质素这种天然高分子材料取代当前普遍使用的合成聚合物基体来制备电解质。木质素是最古老、最丰富的天然高分子之一，取之不尽、用之不竭，是人类宝贵的天然可降解资源。使用以木质素为基体的电解质的锂离子电池才是真正的绿色环保电池，对环境零污染。在国内外报道中尚未出现相关研究。
发明内容
要解决的技术问题
为了使锂离子电池用凝胶聚合物电解质中的聚合物基体易于降解，不对环境造成″白色污染″，本发明提出了以木质素这一天然高分子材料为基体来制备凝胶聚合物电解质。
技术方案
木质素基体凝胶聚合物电解质，其特征在于：具体步骤如下：
(1)木质素膜的制备：称取600～900mg木质素粉末并量取40～60ml去离子水，均置入烧杯中，温度保持在30～35℃范围内磁力搅拌3～5h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液倾倒入放置在加热台上的培养皿中，温度温度保持在60～70℃范围内慢慢蒸发掉水分，得到厚度均匀的致密木质素膜。
(2)木质素基体凝胶聚合物电解质的制备：将步骤(1)中得到的木质素膜置于真空烘箱中，在50～80℃温度范围内真空干燥6～10h后转入手套箱中；再将木质素膜浸入液体电解质中0.5～1h，得到木质素基体凝胶聚合物电解质。
木质素基体凝胶聚合物电解质，其特征在于：制备得到的木质素基体凝胶聚合物电解质的配比为：木质素质量百分数为25wt.％～35wt.％，液体电解质质量百分数为75wt.％～65wt.％。
木质素基体凝胶聚合物电解质，其特征在于：所述液体电解质中的增塑剂是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等中的一种或几种的混合；所述液体电解质中的锂盐是高氯酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、三氟甲基磺酸锂等中的一种或者几种的混合。
有益效果
本发明的有益效果是，以木质素这种天然高分子材料替代当前普遍使用的合成聚合物作为凝胶聚合物电解质的基体，这不但开发出了更多的凝胶聚合物电解质的新型基体，制备出天然可降解的电解质，使得以其为电解质的锂离子电池达到真正的零环境污染，而且开拓出了木质素新的应用领域。
附图说明
图1为木质素基体凝胶聚合物电解质的制备流程图。
图2为木质素膜的扫面电镜照片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：
实施例
(1)木质素膜的制备：称取850mg木质素粉末并量取40ml去离子水，均置入烧杯中，温度保持在35℃磁力搅拌3h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液倾倒入放置在加热台上的培养皿中，温度温度保持在60℃范围内慢慢蒸发掉水分，得到厚度均匀的致密木质素膜。
(2)木质素基体凝胶聚合物电解质的制备：将步骤(1)中得到的木质素膜置于真空烘箱中在70℃温度范围内真空干燥6h后转入手套箱中；再将木质素膜浸入浓度为1mol·cm-1的六氟磷酸锂的碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯(体积比1∶1∶1)液体电解质中0.5h，得到木质素基体凝胶聚合物电解质。
对实施例制备木质素基体凝胶聚合物电解质膜进行测试分析，在中国上海辰华公司电化学工作站CHI-660D和中国深圳新威公司充放电仪NEWARE CT-3008-5V50mA上进行。交流阻抗测试条件为扫描的频率范围为0.1Hz～100kHz，交换信号幅度为10mV，电极为两个面积为1cm2的不锈钢；循环伏安扫描测试条件为扫描的频率范围为0.1Hz～100kHz，扫描的速率为1mV·s-1，负极为锂片、正极为不锈钢；锂离子迁移数采用结合交流阻抗和直流极化的方法，交流阻抗测试条件为扫描的频率范围为0.1Hz～100kHz，交换信号幅度为10mV，直流极化测试极化电压为10mV；充放电性能条件为起始电压2.0V，截止电压4.5V，充放电倍率1C。测试的结果是：电解质的离子电导率在室温下达到3.73×10-3S·cm-1；在电压达到7.5V时，电解质仍然是电化学稳定的；锂离子迁移数达到0.85；放电容量达到137mAh·g-1。

Claims (1)

1.木质素基体凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)木质素膜的制备：称取600～900mg木质素粉末并量取40～60ml去离子水，均置入烧杯中，温度保持在30～35℃范围内磁力搅拌3～5h，得到均匀的悬浮液；将悬浮液倾倒入放置在加热台上的培养皿中，温度保持在60～70℃范围内慢慢蒸发掉水分，得到厚度均匀的致密木质素膜；
(2)木质素基体凝胶聚合物电解质的制备：将步骤(1)中得到的木质素膜置于真空烘箱中在50～80℃温度范围内真空干燥6～10h后转入手套箱中；再将木质素膜浸入液体电解质中0.5～1h，得到木质素基体凝胶聚合物电解质。
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