[发明专利]一种生物基凝胶聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电化学性能稳定的由纳米纤维相互搭建的生物基凝胶聚合物电解质及其制备方法，所述的膜骨架为：PAN和PLLA两者共混纳米纤维膜或者PAN、PLLA和CS三者的共混纳米纤维膜；PAN和PLLA两者共混纳米纤维膜中，PAN和PLLA的质量比为(1～7):1；PAN、PLLA和CS三者的共混纳米纤维膜中，PAN和PLLA的质量比为(2～4):1，CS与PLLA的摩尔比为(2～3.5):1。本发明中纳米纤维膜采用的多种聚合物，利用多种聚合物之间性能的互补，使得制备的聚合物膜具有更好的电化学性能。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，具体涉及一种生物基凝胶聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

理想的固态电解质必须具备高离子电导性，优异的化学、电化学稳定性，同时具有较低的合成成本，与无机固态电解质相比，凝胶聚合物电解质不仅具有固体电解质的良好力学性能，而且具有液体电解质的高离子电导率。因此锂离子在凝胶聚合物电解质中既可依靠聚合物链的运动传输，又可依靠溶胀的凝胶相或液相传输。凝胶聚合物被认为是替代商用液体电解质的最佳候选者。

聚丙烯腈(PAN)由于其较高的离子电导率和电化学抗氧化性被广泛用于聚合物电解质膜骨架的构造，同时在298K处，由其构筑的凝胶聚合物电解质离子电导率约为10^-3Scm^-1。但纯PAN中的CN基团易与Li阳极发生反应，在Li金属负极与PAN电解质之间形成“钝化层”，导致界面阻抗增加，离子输运受阻，电化学性能恶化。

作为可生物降解的高分子材料，左旋聚乳酸(PLLA)具有良好的机械性能、柔韧的分子链、可降解时间长，已成为医用人造骨架的候选材料之一。同时PLLA是一种高极性的纤维素衍生物，对液体电解质吸收性强，研究表明，聚乳酸单独用作聚合物电解质骨架的基质材料时，由于其自身的结晶行为，导致电池的电化学性能较差。

壳聚糖(CS)是由自然界广泛存在的甲壳质经脱乙酰作用得到的，这种天然高分子结构中存在-OH和-NH₂两种生物官能团，具有很好的生物相容性、安全性、降解性等，被广泛用于生化和生物医学、食品、化工、水处理、金属提取及回收等诸多领域。单一聚合物基体由于分子链规整性较好，因此聚合物膜具有一定的结晶行为，阻碍分子链运动，导致离子电导率不能满足应用需求。

现有的制备聚合物电解质膜骨架的方法主要包括溶液浇筑法、提取活化法、相分离/反转法等，其中溶液浇筑法是将聚合物溶在常规溶剂后浇筑在特定模具中成型，由于锂盐的溶剂化作用，很难保证溶剂除尽。提取活化法是在聚合物溶液体系中加入增塑剂，浇筑成膜后用溶剂提取除去增塑剂得到聚合物多孔膜，这种方法得到的聚合物膜孔隙分布不均匀；相分离/反转法避免了增塑剂的提取过程，得到的聚合物凝胶电解质具有良好的电化学和力学性能，但残留的溶剂会影响电池的电化学稳定性和安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化学性能稳定的由纳米纤维相互搭建的生物基凝胶聚合物电解质及其制备方法。

本发明提供的这种生物基凝胶聚合物电解质的膜骨架为：PAN和PLLA两者共混纳米纤维膜或者PAN、PLLA和CS三者的共混纳米纤维膜；PAN和PLLA两者共混纳米纤维膜中，PAN和PLLA的质量比为(1～7):1；PAN、PLLA和CS三者的共混纳米纤维膜中，PAN和PLLA的质量比为(2～4):1，CS与PLLA的摩尔比为(2～3.5):1。

本发明这种生物基凝胶聚合物电解质的膜骨架的制备方法，包括以下步骤：

1)制备PAN溶液：将PAN粉溶解于溶剂中，在设定温度和搅拌速度下至完全溶解，得到PAN溶液；

2)制备PAN/PLLA溶液：按照PAN与PLLA的质量比，将PLLA加入到步骤1)中的PAN溶液，设定温度下溶解，得到PAN/PLLA共混溶液