CN109461965A - 一种光固化纤维素凝胶聚合物膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光固化纤维素凝胶聚合物膜及其制备方法，属于化学技术领域，所述纤维素凝胶聚合物膜包含以下质量体积百分比含量的组分：纤维素1～6％、二硫代苏糖醇0.5～3％、氯丙烯1～8％、光引发剂0.05～0.1％，余量为二甲基亚砜。本发明的方法简单快速，纤维素膜的性能良好，通过控制接枝的烯丙基基团和二硫代苏糖醇的含量，从而控制纤维素凝胶聚合物膜的孔的尺寸和大小，调节纤维素膜的吸液和保液性能。对聚合物锂离子电池有重要的研究意义。
Description
技术领域
本发明属于化学技术领域，涉及一种光固化纤维素凝胶聚合物膜及其制备方法，尤其是一种用于聚合物锂离子电池的具有高力学强度，可生物降解和亲电解液型的凝胶聚合物膜。
背景技术
传统锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、自放电率小和无记忆效应等优点已广泛应用于日常生活。但是随着环境污染的日益严重和人们环保意识的增强，以及现阶段开发利用的液体电解质锂离子电池依然存在内部短路、漏液、燃烧甚至易爆炸等安全问题，提出了用凝胶聚合物电解质替代液态有机电解质的设想。使用凝胶聚合物电解质可避免漏液问题，提高电池的安全性能和能量密度，使电池朝薄型化、轻质化和柔性可变的趋势发展。
而纤维素作为一种绿色，可再生资源，来源丰富，分布广泛。具有可降解性、成膜性、无毒性、良好的相容性和结构稳定等诸多优点。从而明确纤维素可应用于锂离子电池的聚合物电解质材料。
发明内容
本发明的目的在于克服传统液态锂离子电池存在的内部短路、漏液、燃烧甚至爆炸等安全问题，提供一种光固化纤维素凝胶聚合物膜及其制备方法，纤维素凝胶聚合物电解质通过将纤维素凝胶膜浸泡有机电解液而获得，而纤维素凝胶膜通过巯基与双键在紫外光催化下反应而制得，不但解决漏液等安全问题，还能实现电池朝薄型化、轻质化和形状多样化设计。另外，本发明还公开了所述纤维素凝胶聚合物膜的制备方法，所述制备方法设备简单，容易操作，制备的纤维素膜力学性能良好，生物可降解，具有良好的亲有机电解液特性。经过浸泡后的纤维素膜可实现对液体电解液的有效吸附并提供锂离子传输通道，从而应用于聚合物锂离子电池。
其具体技术方案为：
一种光固化纤维素凝胶聚合物膜，包含以下质量体积百分比含量的组分：纤维素1～6％、二硫代苏糖醇0.5～3％、氯丙烯1～8％、光引发剂0.05～0.1％，余量为二甲基亚砜。
作为优选，所述多孔纤维素凝胶聚合物膜包含以下质量体积百分比含量的组分：纤维素2％，二硫代苏糖醇2％，氯丙烯2％，光引发剂0.05％。
一种本发明所述光固化纤维素凝胶聚合物膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)纤维素的溶解：NaOH、Urea和H2O按质量比7∶12∶81混合得到纤维素碱性溶剂。将纤维素溶解于上述溶剂，在-30℃～-10℃下冷冻6小时，在室温下搅拌解冻2-3次得到质量体积百分比含量为1-6％纤维素碱性溶液。
(2)纤维素凝胶聚合物膜的制备：将氯丙烯加入步骤(1)的溶液，质量体积百分比含量为0.5～9％，37℃条件下避光搅拌72小时，产物加入稀HCL中和，然后加入丙酮沉淀，冷冻干燥得到丙烯基接枝的纤维素。将其溶解在二甲基亚砜溶液中，并加入质量体积百分比含量为0.5～5％二硫代苏糖醇和质量分数0.01～0.1％的光引发剂I2959，搅拌均匀后置于紫外光下固化交联，即可得到纤维素聚合物凝胶膜。
(3)多孔纤维素凝胶聚合物电解质：将上述膜浸泡在浓度为1mol/L的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的二甲基亚砜溶液中6小时，即可得到负载液体电解液的纤维素凝胶聚合物电解质。重复以上步骤，可根据纤维素大分子链上接枝的烯丙基基团和二硫苏糖醇的含量得到不同孔径尺寸的纤维素凝胶聚合物电解质，并控制其吸液和保液性能。
进一步，步骤(3)中，将上述膜浸泡在浓度为1mol/L的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的二甲基亚砜溶液中6小时在手套箱中操作。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的一种多孔纤维素凝胶聚合物膜通过氯丙烯接枝的纤维素与二硫代苏糖醇在光引发剂存在下光化学交联制得，方法简单快速，纤维素膜的性能良好，通过控制接枝的烯丙基基团和二硫代苏糖醇的含量，从而控制纤维素凝胶聚合物膜的孔的尺寸和大小，调节纤维素膜的吸液和保液性能。对聚合物锂离子电池有重要的研究意义。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。
实施例1
本发明所述一种多孔的纤维素凝胶聚合物膜的制备与应用的一种实施例；
所述一种多孔的纤维素凝胶聚合物膜包含以下质量体积百分比含量的组分：所述一种多孔的纤维素凝胶聚合物膜包含以下质量体积百分比含量的组分：纤维素4％，二硫代苏糖醇2％，氯丙烯2％，光引发剂0.05％。
本实施例所述的一种多孔纤维素凝胶聚合物膜的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)纤维素的溶解：NaOH、Urea和H2O按质量比7∶12∶81混合得到纤维素碱性溶剂。将纤维素溶解于上述溶剂，在-20℃下冷冻6小时，在室温下搅拌解冻得到质量体积百分比含量为4％纤维素碱性溶液
(2)纤维素凝胶聚合物膜的制备：将氯丙烯加入步骤(1)的溶液，质量体积百分比含量为2％，37℃避光条件下搅拌72小时，产物加入稀HCL中和，然后加入丙酮沉淀，冷冻干燥得到丙烯基接枝的纤维素。将其溶解在二甲基亚砜的溶液中，并加入质量体积百分比含量为2％二硫代苏糖醇和质量体积百分比含量为0.05％的光引发剂I2959，搅拌均匀后置于紫外光下固化交联，即可得到纤维素凝胶聚合物膜。
(3)多孔纤维素凝胶聚合物电解质：将上述膜浸泡在浓度为1mol/L的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的二甲基亚砜溶液中6小时，即可得到负载液体电解液的纤维素凝胶聚合物电解质。重复以上步骤，可根据纤维素大分子链上接枝的烯丙基基团和二硫苏糖醇的含量得到不同孔径尺寸的纤维素凝胶聚合物电解质，并控制其吸液和保液性能。
实施例2
本发明所述多孔纤维素凝胶聚合物膜的制备与应用的一种实施例：
所述多孔纤维素凝胶聚合物膜包含以下质量体积百分比含量的组分：所述多孔纤维素凝胶聚合物膜包含以下质量体积百分比含量的组分：纤维素3％，二硫代苏糖醇2.5％，氯丙烯3％，光引发剂0.04％。
本实施例所述多孔纤维素凝胶聚合物电解质膜采用如实施例1所述方法制备而成。
实施例3
本发明所述多孔纤维素凝胶聚合物膜的制备与应用的一种实施例：
所述多孔纤维素凝胶聚合物膜包含以下质量体积百分比含量的组分：所述多孔纤维素凝胶聚合物膜包含以下质量体积百分比含量的组分：纤维素2％，二硫代苏糖醇3％，氯丙烯3％，光引发剂0.08。
本实施例所述多孔纤维素凝胶聚合物膜采用如实施例1所述方法制备而成。
本发明的纤维素膜制备简单且性能良好，所述多孔结构可根据需要调节纤维素凝胶聚合物膜的交联程度。纤维素膜的制备是通过丙烯基改性后的纤维素与二硫代苏糖醇交联得到，所述的多孔结构通过巯基-烯烃的反应交联成不同孔径的纤维素凝胶聚合物膜，可有效吸附并负载液体电解液，所述液体电解液是锂离子穿梭的媒介。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种光固化纤维素凝胶聚合物膜，特征在于，包含以下质量体积百分比含量的组分：纤维素1～6％、二硫代苏糖醇0.5～3％、氯丙烯1～8％、光引发剂0.05～0.1％，余量为二甲基亚砜。
2.根据权利要求1所述的光固化纤维素凝胶聚合物膜，特征在于，所述多孔纤维素凝胶聚合物膜包含以下质量体积百分比含量的组分：纤维素2％，二硫代苏糖醇2％，氯丙烯2％，光引发剂0.05％。
3.一种权利要求1所述光固化纤维素凝胶聚合物膜的制备方法，特征在于，包括以下步骤：
(1)纤维素的溶解：NaOH、Urea和H2O按质量比7∶12∶81混合得到纤维素碱性溶剂；将纤维素溶解于上述溶剂，在-30℃～-10℃下冷冻6小时，在室温下搅拌解冻2-3次得到质量体积百分比含量为1-6％纤维素碱性溶液；
(2)纤维素凝胶聚合物膜的制备：将氯丙烯加入步骤(1)的溶液，质量体积百分比含量为0.5～9％，37℃条件下避光搅拌72小时，产物加入稀HCL中和，然后加入丙酮沉淀，冷冻干燥得到丙烯基接枝的纤维素；将其溶解在二甲基亚砜溶液中，并加入质量体积百分比含量为0.5～5％二硫代苏糖醇和质量分数0.01～0.1％的光引发剂I2959，搅拌均匀后置于紫外光下固化交联，即得到纤维素聚合物凝胶膜；
(3)多孔纤维素凝胶聚合物电解质：将上述膜浸泡在浓度为1mol/L的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的二甲基亚砜溶液中6小时，即得到负载液体电解液的纤维素凝胶聚合物电解质；重复以上步骤，根据纤维素大分子链上接枝的烯丙基基团和二硫苏糖醇的含量得到不同孔径尺寸的纤维素凝胶聚合物电解质，并控制其吸液和保液性能。
4.根据权利要求3所述的光固化纤维素凝胶聚合物膜的制备方法，特征在于，步骤(3)中，将上述膜浸泡在浓度为1mol/L的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的二甲基亚砜溶液中6小时在手套箱中操作。
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