CN108832176A - 一种纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法 - Google Patents

一种纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种组份质量配比为：纤维素10％‑90％，聚碳酸酯10％‑90％，锂盐5％‑15％，共混上述三组分配制溶液并溶液浇筑得到纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质；所述纤维素为甲基纤维素。本发明提出的浇筑法制备纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质具有机械性能好、高温电导率高的特点，纤维素有助于提供良好的机械性能，聚碳酸酯有助于提高离子电导率。本发明的纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质能够满足作为锂离子电池电解质对离子电导率的要求。

Description

一种纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法
技术领域
本发明属于固体聚合物电解质制备技术领域，涉及一种纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法。
背景技术
随着环境污染的日益严重以及化石燃料的日益匮乏，人们开始寻求新型的能源材料。锂离子电池具有高能量密度、长使用寿命以及对环境友好等特点，广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机和电动汽车等。目前的锂离子电池主要是液态电解质，它在长期循环使用过程中会出现漏液现象，极端情况下会发生燃烧甚至爆炸的危险。开发新型的电解质体系迫在眉睫。固态聚合物电解质相对于液态电解质具有更高的能量密度，高的工作电压，好的柔韧性和设计性。用其组装的电池由于是全固态的，在使用过程中不会出现漏液问题，安全性更高。目前固态电解质的研究主要基于聚醚类，但是固体聚合物电解质目前还存在电导率低和机械性能差的问题，无法满足电池的正常使用。设计制备新型的固体聚合物电解质，使其在满足电池的组装及安全性问题的情况下，提高电池的离子传输性能和电化学稳定性，是目前研究的热点和难点。
纤维素是自然界中分布最广泛，含量最丰富的可再生资源，具有可降解性、成膜性、无毒性、良好的相容性、结构稳定剂力学性能优良等众多优点，使得将纤维素及其衍生物应用于锂离子电池中受到研究者的关注。但是，纤维素结晶性高，用其制备的电解质的电导率低，无法满足电池的需求。
聚碳酸酯具备优异的冲击强度、透明性、耐老化性及耐疲劳性等性能，广泛应用于工业生产。由于其独特的性质，被用于电子工业的研究。聚碳酸酯结构中含有极性基团，相对于聚醚类具有更高的介电常数，更有利于锂盐的解离。然而，聚碳酸酯聚合物固体电解质的成膜性差，机械性能差。
基于以上分析，将成膜性差、电导率高的聚碳酸酯与成膜性好、电导率低的纤维素以不同比例混合，采用溶液浇筑的方法制备得到性能良好的固态聚合物电解质。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法，提高固体电解质的机械性能和离子电导率，选用机械性能好的纤维素，介电常数高的聚碳酸酯为原料，制成纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质，满足作为锂离子电池电解质对离子电导率的要求。
技术方案
一种纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质，其特征在于组份质量配比为：纤维素10％-90％，聚碳酸酯10％-90％，锂盐5％-15％，共混上述三组分配制溶液并溶液浇筑得到纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质；所述纤维素为甲基纤维素。
所述甲基纤维素用量为聚合物总质量的20％-80％。
所述聚碳酸酯用量为聚合物总质量的20％-80％。
所述的聚碳酸酯为聚碳酸乙烯酯PEC，聚碳酸丙烯酯PPC或聚碳酸亚乙烯酯PVCA。
所述锂盐为高氯酸锂LiClO4，六氟磷锂LiFP6或三氟甲基磺酸锂LiCF3SO3。
一种制备所述任一项纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将纤维素、聚碳酸酯和锂盐在60℃-80℃真空烘箱中干燥20h-24h；将溶剂减压蒸馏或蒸馏，并加入分子筛静置12h以上；
步骤2：将甲基纤维素、聚碳酸酯和锂盐以及溶剂混合，加热至30℃-50℃并搅拌至纤维素、聚合物和锂盐溶解完全；
步骤3：将配制的溶液倒至聚四氟培养皿中，于25℃-40℃真空干燥10h-12h，再升温至60℃-80℃，真空干燥20h-24h，得到纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质。
所述聚合物溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF、甲苯，二氯甲烷或其共混物。
有益效果
本发明提出的一种纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法，加入的纤维素有助于聚合物电解质的机械性能的提高，聚碳酸酯具有高的介电常数，有助于聚合物电解质电导率的提高。而常见的固体聚合物电解质基体PEO，介电常数较低，不能很好的解离锂盐，容易造成离子大量聚集，抑制Li+的迁移。虽然聚碳酸酯具有高介电常数，但是其成膜性差。所以在这里我们将其与既具有优异成膜性能，又环境友好，且价格低廉的纤维素相结合，得到复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质。
本发明提出的浇筑法制备纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质具有机械性能好、高温电导率高的特点，纤维素有助于提供良好的机械性能，聚碳酸酯有助于提高离子电导率。
本发明的纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质能够满足作为锂离子电池电解质对离子电导率的要求。
附图说明
图1：本发明的纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质的制备工艺流程；
图2：纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质的照片(A-D分别对应实施案例1-4所得固体电解质)；
图3：(a)不同比例纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质在50℃时的电导率图；(b)80％PPC/20％甲基纤维素在不同温度下的电导率图。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施实例1：反应流程图如图1所示。
步骤1：按照20：80质量比例称取甲基纤维素和聚碳酸丙烯酯于烧杯中混合，并按照聚合物基体10％称取LiClO4于烧杯中，加入3mL的DMF，于40℃水浴锅加热搅拌至其溶解完全，得到浇筑溶液。
步骤2：将所得溶液倒入聚四氟培养皿中，40℃真空干燥12h，再升温至60℃，真空干燥24h，得到纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质A。
实施实例2：
步骤1：按照40：60质量比例称取甲基纤维素和聚碳酸丙烯酯于烧杯中混合，并按照聚合物基体10％称取LiClO4于烧杯中，加入3mL的DMF，于40℃水浴锅加热搅拌至其溶解完全，得到浇筑溶液。
步骤2：将所得溶液倒入聚四氟培养皿中，40℃真空干燥12h，再升温至60℃，真空干燥24h，得到纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质B。
实施实例3：
步骤1：按照60：40质量比例称取甲基纤维素和聚碳酸乙烯酯于烧杯中混合，并按照聚合物基体10％称取LiClO4于烧杯中，加入3mL的DMF，于40℃水浴锅加热搅拌至其溶解完全，得到浇筑溶液。
步骤2：将所得溶液倒入聚四氟培养皿中，40℃真空干燥12h，再升温至60℃，真空干燥24h，得到纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质C。
实施实例4：
步骤1：按照80：20质量比例称取甲基纤维素和聚碳酸乙烯酯于烧杯中混合，并按照聚合物基体10％称取LiClO4于烧杯中，加入3mL的DMF，于40℃水浴锅加热搅拌至其溶解完全，得到浇筑溶液。
步骤2：将所得溶液倒入聚四氟培养皿中，40℃真空干燥12h，再升温至60℃，真空干燥24h，得到纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质D。

Claims (7)

1.一种纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质，其特征在于组份质量配比为：纤维素10％-90％，聚碳酸酯10％-90％，锂盐5％-15％，共混上述三组分配制溶液并溶液浇筑得到纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质；所述纤维素为甲基纤维素。
2.根据权利要求1所述纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质，其特征在于：所述甲基纤维素用量为聚合物总质量的20％-80％。
3.根据权利要求1所述纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质，其特征在于：所述聚碳酸酯用量为聚合物总质量的20％-80％。
4.根据权利要求1或3所述纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质，其特征在于：所述的聚碳酸酯为聚碳酸乙烯酯PEC，聚碳酸丙烯酯PPC或聚碳酸亚乙烯酯PVCA。
5.根据权利要求1所述纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质，其特征在于：所述锂盐为高氯酸锂LiClO4，六氟磷锂LiFP6或三氟甲基磺酸锂LiCF3SO3。
6.一种制备权利要求1～5所述任一项纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将纤维素、聚碳酸酯和锂盐在60℃-80℃真空烘箱中干燥20h-24h；将溶剂减压蒸馏或蒸馏，并加入分子筛静置12h以上；
步骤2：将甲基纤维素、聚碳酸酯和锂盐以及溶剂混合，加热至30℃-50℃并搅拌至纤维素、聚合物和锂盐溶解完全；
步骤3：将配制的溶液倒至聚四氟培养皿中，于25℃-40℃真空干燥10h-12h，再升温至60℃-80℃，真空干燥20h-24h，得到纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述聚合物溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF、甲苯，二氯甲烷或其共混物。
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