CN110010966A - 一种以水为溶剂的生物聚合物电解质的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锂离子电池凝胶聚合物电解质领域，具体涉及一种以水为溶剂的生物聚合物电解质的制备方法。本发明制备步骤依次为：1）将醋酸纤维素与羟乙基纤维素和去离子水按照一定比例混合搅拌12h得到混合溶液。2）将尿素、氯化胆碱和甘油按照一定质量比水浴加热溶解至无色透明态得到低共熔溶剂。3）向混合溶液中加入低共熔溶剂共混6h后加入锂盐继续搅拌6h。在室温下将混合溶液倒入培养皿中静置除泡，然后在100℃于真空干燥箱烘干15h制得薄膜。由此法所制的隔膜具有表面形状良好，合成工艺简单，操作便捷，且具有较高电导率等特点。

Description

一种以水为溶剂的生物聚合物电解质的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池凝胶聚合物电解质领域，具体涉及一种以水为溶剂的生物聚合物电解质的制备方法。
背景技术
锂离子电池具有体积小、重量轻、寿命长以及容量密度高等显著优点。在其发展过程中，由于液态电解质漏液、氧化等引起的爆炸燃烧等安全问题引起了研究者们的广泛重视，凝胶聚合物电解质是一种安全性高、无泄漏的新型聚合物电解质材料，是解决电池安全及环保问题的先进举措。
近些年，锂离子电池已经作便携式移动电源被人们广泛运用，电池中的电解质是组成锂离子电池的关键部分，离子电导率是聚合物电解质的重要参数，离子电导率代表电解质传输离子能力的强弱，影响锂离子的输送。因此，提高电解质的电导率成为了研究热点。
醋酸纤维素和羟乙基纤维素是两种生物质材料，均为纤维素的衍生物，其原料纤维素可直接从自然界中提取，作为聚合物电解质材料的基体具有安全、环保和资源丰富等多个优点，而且溶剂去离子水同样具备以上优点。
21世纪，环保问题和资源匮乏问题得到了全球各个国家的密切关注，使用高性能低损耗的环保新材料已经成为了必然趋势，而醋酸纤维素和羟乙基纤维素以及去离子水满足这些要求，此类聚合物电解质可作为未来锂电池聚合物电解质发展的研究目标之一。
发明内容
本发明解决了传统液态聚合物电解质的安全问题，以及固态电导率低和孔径过大等问题，本发明采用醋酸纤维素和羟乙基纤维素为基体材料，去离子水作为溶剂，低共熔溶剂为添加剂，制备了一种具有较高安全性、高电导率的凝胶聚合物电解质。
一种以水为溶剂的生物聚合物电解质的制备方法，其特征在于是按照以下步骤进行：
步骤一：将醋酸纤维素、羟乙基纤维素和溶剂水混合于烧杯中搅拌12h。
步骤二：将尿素、氯化胆碱和甘油按照一定质量比溶于称量瓶中，水浴加热溶解至无色透明状态。
步骤三：将步骤二所制得低共熔溶剂加入步骤一所得的混合溶液中，搅拌6h后添加锂盐并继续搅拌6h，于室温下放置到培养皿中静置除去气泡，待气泡除尽后将其放进100℃的真空干燥箱中烘干15h后制得薄膜。
附图说明
图1为生物聚合物电解质薄膜的电化学阻抗谱图。
图2为生物聚合物电解质薄膜在2000倍率下的扫描电镜图。
图3为生物聚合物电解质薄膜在5000倍率下的扫描电镜图。
图4为生物聚合物电解质薄膜的照片。
具体实施方式
下面结合最佳的实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。
具体实施方式一，一种以水为溶剂的生物聚合物电解质的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：
步骤一：将0.5g醋酸纤维素和0.1g羟乙基纤维素于烧杯中，添加30ml去离子水，搅拌12h。
步骤二：将0.6g尿素、0.4g氯化胆碱和0.2g甘油溶于称量瓶中，进行水浴加热溶解至无色透明状态。
步骤三：将步骤二所制得低共熔溶剂加入步骤一所得的混合溶液中，搅拌6h后添加锂盐并继续搅拌6h，于室温下放置到培养皿中静置出去气泡，待气泡除尽后将其放进真空干燥箱中烘干15h后制得薄膜。
本实施方式在密闭的烧杯及称量瓶中进行，有效地避免了溶剂的挥发以及杂质对实验结果的影响。
近年来锂离子电池的一大隐患就是液态电解质的易燃、易氧化及易漏液问题，因此开发出一种凝胶聚合物电解质可以有效提高电池的稳定性和安全性；另外，随着科技的不断发展和资源的日益枯竭，人们对清洁能源的需求越来越高，研究出清洁高效可再生的新能源迫在眉睫，这也正是本发明的着重点。
本发明选取了醋酸纤维素和羟乙基纤维素作为凝胶聚合物电解质的基体，基体材料均属于生物材料纤维素的衍生物，其原料纤维素取自大自然，除了环保之外，更重要的资源丰富可再生，由这两种材料按照一定比例作为基体再添加低共熔溶剂所制得的电解质薄膜大大的提高了离子电导率，增加了电解质薄膜的孔径数量。并且电解质薄膜的孔径分布均匀，增强了对锂离子的传输能力；使用水作为溶剂使得电解质薄膜的成本低廉，生产工艺更加便捷，而且在烘干过程中去离子水挥发造孔，使得聚合物电解质的薄膜表面分布着大量孔道。
图1是生物聚合物电解质薄膜的电化学阻抗谱图。从图中可以看出电解质的阻抗较小，经计算得出锂离子电导率可达1.64×10-3S/cm。
图2是生物聚合物电解质薄膜在2000倍率下的扫描电镜图。从图中可以看出电解质薄膜表面呈梅花岛屿状，且分布均匀。
图3是生物聚合物电解质薄膜在5000倍率下的扫描电镜图。观察倍数增大后，可以看出电解质的表面孔径大小适中，有利于锂离子的传导。
图4是生物聚合物电解质薄膜的照片。从图4中可以观测到，电解质薄膜呈均一无色透明。

Claims (4)

1.一种以水为溶剂的生物聚合物电解质的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将醋酸纤维素、羟乙基纤维素和溶剂水混合于烧杯中搅拌12h；
步骤二：将尿素、氯化胆碱和甘油按照一定质量比溶于称量瓶中，水浴加热溶解至无色透明状态；
步骤三：将步骤二所制得低共熔溶剂加入步骤一所得的混合溶液中，搅拌6h后添加锂盐并继续搅拌6h，于室温下放置到培养皿中静置除去气泡，待气泡除尽后将其放进100℃真空干燥箱中烘干15h后制得薄膜。
2.根据权利要求1所述一种以水为溶剂的生物聚合物电解质的制备方法，其特征在于：步骤一所述醋酸纤维素与羟乙基纤维素的质量比为5：1。
3.根据权利要求1所述一种以水为溶剂的生物聚合物电解质的制备方法，其特征在于：步骤三中所述的醋酸纤维素与锂盐的质量比为10：1，锂盐为双三氟甲磺酰亚胺基锂。
4.根据权利要求1所述一种以水为溶剂的生物聚合物电解质的制备方法，其特征在于：溶剂为去离子水。
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