[发明专利]一种可生物降解的交联型聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚合物电解质，特别是一种可生物降解的交联型聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

自从19世纪末美国批量生产第一批便携式干电池以来，电池经过一个多世纪的发展，已经遍布人们生产生活的各个角落，尤其是在可移动电子电器设备上，电池有着不可替代的作用。电池的出现，极大的方便和丰富了人们的生活。现代社会，电池已经成为人们日常生活中不可缺少的一部分。

目前，人们常用的电池从电解质状态上可分为液体电池、固体电池和介于液体和固体之间的凝胶电池。液体电池如镍镉电池、铅酸电池、镍氢电池等发展时间长，工艺成熟、成本低廉。然而，液体电池的电解质易产生可挥发性溶剂，造成电池封装困难；同时，液体电池电解质中含有大量的重金属盐以及酸、碱等电解质溶液，如果随意丢弃，将会严重污染土壤和水体，对环境危害极大。

随着电池工艺的不断发展和国际社会对绿色环保的呼吁，以锂离子电池和太阳能电池为代表的凝胶电池和固体电池应运而生。由于凝胶电池和固体电池通常采用聚合物作电解质，又被统称为聚合物电池。聚合物电池不含重金属盐和酸、碱等电解质溶液，对环境危害很小，是国际公认的绿色环保电池；同时，聚合物电池还具有质轻、超薄、安全性能更高等优点，备受人们喜欢，近年来发展很快。聚合物锂离子电池，作为聚合物电池的代表，由于受到当前技术的制约，暂时还只能在手机电池中推广，但其发展前景非常乐观。而作为聚合物电池另一代表的太阳能电池，近年来可谓飞速发展。据统计，目前全世界有超过136个国家正在投入普及应用太阳能电池，其中有超过95个国家正在大规模地进行太阳能电池的研制与开发，而在开发与应用的太阳能电池中，聚合物太阳能电池占有很大比例。

聚合物电池的出现解决了液体电池电解质溶液对环境的污染问题，但由于聚合物电池的电解质基质大多使用难生物降解的高分子材料，因而会给环境带来新的隐患。而要想消除这种隐患，一种可行的办法就是使用可生物降解的聚合物电解质基质材料。

聚酯类弹性体兼具良好的生物相容性、生物降解性和热加工性能，并以其自身具有的三维网络结构的稳定性、优良的柔韧性等区别于其它高分子材料的特性而得到人们的关注。2002年Wang等用甘油和葵二酸单体合成了可降解网络型聚葵二酸甘油酯(PGS)生物弹性体。2004年，Yang等以柠檬酸和辛二醇为原料，合成了网络型聚柠檬酸辛二醇酯(POC)生物弹性体。PGS和POC弹性体都具有良好的生物相容性、力学性能和生物降解性能。2009年，兰州理工大学崔锦峰、韩培亮等在Wang和Yang等的基础上利用柠檬酸和乙二醇合成了可生物降解的弹性体聚柠檬酸-乙二醇(PCE)，所得聚合物的结构与PGS和POC相似，但降解相对较快，试样在磷酸盐缓冲溶液中浸泡65h后，其降解失重都超过50％。PCE的这种快速降解性能将有利于其在生产生活中的应用，如果应用于聚合物电解质材料中，将会有效消除聚合物电解质对环境危害的隐患。

中国专利公开号CN101200554A，公开日期2008年6月18日，发明名称“一种交联聚甲基乙撑碳酸酯聚合物电解质膜及其制备方法”，该申请案利用交联的方法制备了一种机械性能高、热性能好、离子导电率高的电解质膜，其成本低廉，工艺简单。但其不足是不可生物降解，不可避免地会对环境造成一定的污染。

发明内容

本发明的目的是针对聚合物电解质膜生物降解性能的不足，提供一种可生物降解的交联型聚合物电解质膜及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为：

一种可生物降解的交联型聚合物电解质膜，所述的可生物降解的交联型聚合物电解质膜是由经交联后的聚柠檬酸乙二酯基体膜在LiI浓度为0.1～0.5mol/L的LiI/I₂电解质溶液中活化而成。

所述的LiI/I₂电解质溶液由LiI/I₂和非质子性溶剂组成，其中，LiI和I₂摩尔比为10∶1，非质子性溶剂为乙腈或四氢呋喃或三氯甲烷或二甲苯或N，N-二甲基甲酰胺或碳酸二乙酯或碳酸丙酯中的一种。

一种可生物降解的交联型聚合物电解质膜制备方法，可生物降解的交联型聚合物电解质膜的制备方法包括如下步骤：

a电解质溶液的配制：按摩尔比10∶1称取LiI和I₂，然后将其溶解在非质子性溶剂中，配成LiI浓度为0.1～0.5mol/L的LiI/I₂电解质溶液。

b柠檬酸二甲苯溶液的配制：将柠檬酸溶于二甲苯中，配制成4mol/L柠檬酸二甲苯溶液。