CN107634262B - 一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，它涉及一种制备锂离子电池电解质薄膜的方法。本发明要解决现有方法制备锂离子电池电解质薄膜的电导率低、成本高、环保性差的问题。本发明的方法如下：一、淀粉改性的制备：取适量的淀粉、邻苯二甲酸酐、吡啶和溶剂，在水浴条件下共混搅拌直至溶液变成均匀的膏状物质，然后用异丙醇沉淀改性淀粉，接着在真空干燥箱中干燥，最后把得到的物质研磨成粉；二、全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备：称取纤维素、改性淀粉、锂盐和溶剂，共混搅拌，然后在真空干燥箱中干燥成膜。本发明制备的全固态环保型生物聚合物电解质膜电化学性能具有良好的生物可降解性，实验过程简单，实验原料来源广、成本低，适用范围广。

Description

一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种锂离子电池领域的技术，具体是一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法。
背景技术
高比能量锂离子电池目前遇到的最大问题为由使用液态可燃性有机电解液带来的循环稳定性差和安全隐患问题。固体电解质具有与电极材料间的反应活性低、质量轻、易成薄膜、粘弹性好等优点，并可将电池制成各种形状，从而使电池具有耐压、耐冲击、生产成本低和易于加工使用等优点。因此，固态电解质薄膜已经成为了锂离子电池发展的重要方向。
近些年不管是国际还是国内人们对环保已经越来越重视了，而对于锂离子电解质薄膜来说，现在研究电解质膜的主要材料是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚丙烯腈（PAN）、聚环氧乙烷（PEO）等等，这些聚合物有一个共同点，都是不可降解的聚合物，因此这类聚合物电解质膜对于环境有很大的污染，并且聚丙烯晴中含有氰基（-CN）对环境危害更大。因此发展“绿色”生物可降解的聚合物电解质膜是一个非常好的方向。
发明内容
本发明的目的是为了在保证电解质膜其他性能的前提下，实现固态电解质薄膜“绿色”环保性，提供一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法。
本发明的一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，是按照以下步骤进行的：
一、淀粉改性的制备
将马铃薯淀粉进行改性，待用；
二、全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备
用称量瓶称取一定量的改性淀粉和醋酸纤维素，加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺，室温下在磁力搅拌机上进行共混搅拌12h，接着加入锂盐后搅拌6h，把溶液浇注到玻璃板上，放入真空干燥箱中，0.08MPa、120℃下干燥40min即可得到产物电解质膜。
本发明包含以下有益效果：
与现有技术相比，本发明采用的绿色可降解的原料，获取简单、来源广，价格便宜，非常适合工业发展，最主要的是原料来源于生物，绿色无污染，可以极大地减少电池的污染，并且有良好的电化学性能，是一个非常好的电解质膜，并且本发明实验过程简单，实验中主要对原料进行共混搅拌，生产成本低，非常适合工业化生产。
附图说明
图1是电解质膜的图片。
图2是全固态环保型生物聚合物电解质膜的电导率。
图3是Li/电解质膜/LiFePO4的循环伏安曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，是按照以下步骤进行的：
一、淀粉改性的制备
将马铃薯淀粉进行改性，待用；
二、全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备
用称量瓶称取一定量的改性淀粉和醋酸纤维素，加入溶剂，室温下在磁力搅拌机上进行共混搅拌12h，接着加入锂盐后搅拌6h，把溶液浇注到玻璃板上，放入真空干燥箱中，0.08MPa、120℃下干燥40min即可得到产物电解质膜。
具体实施方式二：本实施例与具体实施方式一不同点在于：步骤一所述的一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于改性淀粉的制备方法为：取淀粉和溶剂N,N-二甲基甲酰胺在60℃水浴条件下加热30min，然后加入邻苯二甲酸酐和吡啶后继续在水浴条件下进行共混搅拌，直至溶液变成均匀膏状物质，接着用异丙醇将改性淀粉沉淀出来，接着放入真空干燥箱中，在0.08MPa、120℃下进行干燥，在干燥过后对产物进行研磨，即可得到改性淀粉。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一至二之一不同点在于：步骤二中所述的一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于所使用的锂盐是双三氟甲磺酰亚胺基锂。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点在于：步骤一和步骤二中所述的一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于所使用的溶剂是N,N-二甲基甲酰胺。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点在于：步骤二所述的一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于改性淀粉在全固态环保型生物聚合物电解质膜中的质量分数为0~12.67%，最佳为9.86%。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点在于：步骤一中所述的一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于淀粉改性的制备的原料配方为：淀粉：邻苯二甲酸酐：吡啶（w:w:w）=5:9.25:4。其它与具体实施方式一至五之一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：实施例
本实施例方式的一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，是按照以下步骤进行的：
一、淀粉改性的制备
将马铃薯淀粉进行改性，待用；
二、全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备
用称量瓶称取一定量的改性淀粉和醋酸纤维素，加入溶剂，室温下在磁力搅拌机上进行共混搅拌12h，接着加入锂盐后搅拌6h，把溶液浇注到玻璃板上，放入真空干燥箱中，0.08MPa、120℃下干燥40min即可得到产物电解质膜。改性淀粉在全固态环保型生物聚合物电解质膜中的质量分数为0~12.67%，最佳为9.86%。
本实施例中的淀粉改性制备方法：取淀粉和溶剂N,N-二甲基甲酰胺在60℃水浴条件下加热30min，然后加入邻苯二甲酸酐和吡啶后继续在水浴条件下进行共混搅拌，淀粉：邻苯二甲酸酐：吡啶（w:w:w）=5:9.25:4，直至溶液变成均匀膏状物质，接着用异丙醇将改性淀粉沉淀出来，接着放入真空干燥箱中，在0.08MPa、120℃下进行干燥，在干燥过后对产物进行研磨，即可得到改性淀粉，其与电解质膜中的醋酸纤维素以及电极正负极片具有良好的相容性；锂盐为双三氟甲磺酰亚胺基锂（LiTFSI），其为体系提供阳离子(Li+)；溶剂是N,N-二甲基甲酰胺，对电解质中各组份有良好的溶解性。
本实施例制得的全固态环保型生物聚合物电解质膜的照片，如图1所示，由图1可以看出电解质膜质地透明、柔韧，有良好的自支撑性能。
图2是本实施例的全固态环保型生物聚合物电解质膜的电导率，从图2可以得到当改性淀粉的含量为9.86wt.%时，电解质膜的电导率可以达到2.465×10-4S∙cm-1，完全可以达到正常固态聚合物电解质膜的性能，并且该电解质膜绿色可降解，十分适用于锂离子电池。
本实施例的Li/电解质膜/LiFePO4的循环伏安曲线图如图3所示，从图3中可以看出电池每个循环的氧化、还原峰都近似重合，这说明电池的循环稳定性很好，电极和电解质膜有很好的兼容性。

Claims (2)

1.一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法是按照如下操作步骤进行的：
一、淀粉改性的制备
将马铃薯淀粉进行改性，取淀粉和溶剂N,N-二甲基甲酰胺在60℃水浴条件下加热30min，然后加入邻苯二甲酸酐和吡啶后继续在水浴条件下进行共混搅拌，直至溶液变成均匀膏状物质，接着用异丙醇将改性淀粉沉淀出来，放入真空干燥箱中，在0.08MPa、120℃下进行干燥，在干燥过后对产物进行研磨，即可得到改性淀粉，待用；
二、全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备
用称量瓶称取醋酸纤维素和在聚合物电解质膜中的质量分数为9.86％的改性淀粉，加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺，室温下在磁力搅拌机上进行共混搅拌12h，接着加入锂盐双三氟甲磺酰亚胺基锂后搅拌6h，把溶液浇注到玻璃板上，放入真空干燥箱中，0.08MPa、120℃下干燥40min即可得到产物电解质膜。
2.根据权利要求书1所述的一种全固态环保型生物聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于淀粉改性的制备的原料配方各物质的质量比为：淀粉：邻苯二甲酸酐：吡啶＝5:9.25:4。
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