[发明专利]一种基于天然多糖高分子改性凝胶聚合物的固体电解质薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种凝胶电解质的制备方法，具体涉及到一种基于天然多糖高分子改性凝胶聚合物的固体电解质薄膜制备方法。

背景技术

锂离子电池拥有能量大、无记忆效应等优点，在便携式电子产品、电动汽车以及储能系统等领域中应用广泛。人们对高功率、大容量锂电池的需求，使得锂电池的安全性成为其未来发展首先需要解决的问题。目前锂离子电池主要使用液体电解质，因易生长枝晶、漏液等问题，始终是重大的安全隐患。采用固体电解质代替电解液发展全固态锂离子电池，是解决电池安全问题的有效途径。

凝胶聚合物电解质是由聚合物、锂盐、有机溶剂和添加剂组成的多孔凝胶体系，兼有液体电解质的高效率与固体电解质的安全性，被认为是目前最有潜力的锂离子电解质材料（专利CN101200554B）。但凝胶聚合物电解质仍然存在机械强度不足的问题，需要通过物理和化学的方式加以改性改善。

发明内容

为得到成本低廉、电导率高、机械性能好、热力学稳定的锂离子电池用凝胶聚合物电解质问题，本发明提供了一种基于天然多糖高分子改性凝胶聚合物的固体电解质薄膜制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于天然多糖高分子改性凝胶聚合物的固体电解质薄膜制备方法，包括以下步骤：

步骤一.将疏水单体和亲水单体混合，通过乳液聚合得到共聚物；

步骤二.将共聚物与天然多糖高分子加热共溶于有机溶剂中，得到凝胶溶液；

步骤三.将所述步骤二中的凝胶溶液涂布在基底薄膜上；

步骤四.将所述步骤三中涂有凝胶溶液的基底薄膜浸入去离子水中完成相转移反应，随后取出烘干；

步骤五.将所述步骤四得到的凝胶聚合物膜浸泡在电解液中55-65分钟，取出后即得到凝胶态聚合物电解质。

步骤一中，所述疏水单体为含有疏水基团的有机单体，所述亲水单体为含有亲水基团的有机单体。

所述含有疏水基团的有机单体为丙烯腈、苯乙烯或甲基丙烯酸酯中的一种或几种的混合物，所述含有亲水基团的有机单体为丙烯酰胺、醋酸乙烯酯或甲基丙烯酸中的一种或几种的混合物。

所述疏水单体与亲水单体的混合比例为5：2 ~ 4：1。

步骤二中，所述天然多糖高分子为含有糖苷键的多糖高分子及其衍生物；所述凝胶溶液中的天然多糖高分子质量分数0.5%-60%。

所述含有糖苷键的多糖高分子及其衍生物为壳聚糖、明胶或海藻酸钠中的一种或几种的混合物。

步骤二中，所述有机溶剂为二甲基乙酰胺、丙酮、二甲基甲酰胺、四氢呋喃、二氯甲烷等有机液体中的一种或几种的混合物。

步骤三中，所述基底薄膜为微孔聚合物薄膜。

所述微孔聚合物薄膜为聚乙烯薄膜或聚丙烯薄膜。

步骤五中，所述电解液包括锂盐和溶剂；所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺基锂、双草酸硼酸锂、草酸双氟硼酸锂、高氯酸锂、双全氟烷基三氟磷酸锂中的一种或几种的混合物；所述溶剂包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、丁内酯、戊内酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯中的一种或几种的混合物。

本发明的有益效果是：

本发明使用了来源广泛、成本低廉的天然多糖高分子作为共混改性原料，在提高凝胶电解质机械强度的同时降低了生产成本。作为锂离子电池的必要组成部分，本发明得到的凝胶电解质使电解质的注入不再是电芯卷绕的附属步骤，能够独立设计工艺环节，从而简化了电池制作的流程。采用本发明制备出的锂离子电池具有不漏液、耐刺穿、安全性能高等特点，使锂离子电池的安全性能得到重大提升。

附图说明

图1是本发明的天然多糖高分子共混改性作用的示意图。

具体实施方式

本发明采用天然多糖高分子对凝胶聚合物改性的作用机理如图1所示，大量存在于天然多糖高分子中的氨基与羟基能够与改性聚合物中的羧基、酯键等基团产生较强的相互作用力，包括氢键作用以及缩合形成的化学键，使共混后的聚合物凝胶机械强度大为提高。以下通过具体的实施例本发明作进一步的说明。

实施例1：制备方法如下：

（1）以十二烷基硫酸钠为乳化剂，通过半连续乳液聚合法将疏水单体丙烯腈和亲水单体甲基丙烯酸按照4：1的摩尔比聚合；

（2）将壳聚糖与步骤（1）中得到的聚合物按照按1：1的质量比，共溶于60℃的二甲基乙酰胺中，得到质量分数10%的凝胶溶液；