[发明专利]一种交联型纤维素基凝胶聚合物电解质的制备方法和应用

说明书

本发明公开一种交联型纤维素基凝胶聚合物电解质的制备方法，其制备步骤如下：将纤维素与碱/尿素溶液混合，进行冷冻‑搅拌解冻操作数次；再将N,N‑亚甲基双丙烯酰胺加入到纤维素溶液中，搅拌均匀后静置固化，经纯化干燥后得到纤维素凝胶聚合物膜；将其浸泡在电解液中，得到纤维素凝胶聚合物电解质。本发明制备方法简单，生产原料来源广泛反应温和，且本发明纤维素凝胶聚合物电解质具有优异的热稳定性和离子电导率。

技术领域

本发明属于材料技术领域，尤其是一种交联型纤维素基凝胶聚合物电解质的制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池和超级电容器因其具有非常高的功率密度和长的循环寿命等优点，被广泛地应用在储能领域。传统的锂离子电池和超级电容器通常由电极、电解质和隔膜构成。其中，电解质在储能器件中发挥着重要的作用，作为连接电极材料的桥梁，可以有效快速地向电极传递正负离子，保障器件正常工作。但常见的电解质都呈现液态，在使用过程中存在液体易泄漏等缺点。

凝胶态的电解质可消除液态电解质泄漏带来的潜在危险。将聚合物隔膜和液态电解质组合为均相的凝胶聚合物电解质，有着较高的离子电导率和较好的机械性能。但传统的聚合物基体不可降解、成本高昂、制备过程复杂且耗时，在实际应用时离子电导率低，限制了凝胶聚合物电解质的大规模应用。因此，一种环境友好、电化学性能和机械性能均稳定的凝胶聚合物电解质一定是相关领域之所需。

通过检索，尚未发现与本发明专利申请相关的专利公开文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术上存在的问题，提供一种交联型纤维素基凝胶聚合物电解质的制备方法和应用。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种交联型纤维素基凝胶聚合物电解质的制备方法，步骤如下：

(1)纤维素溶液的制备：将纤维素与碱/尿素溶液混合，所述纤维素的质量终浓度为3～7.5wt％，在-30℃～-10℃冷冻2～10小时，然后在室温下搅拌解冻，如此冷冻-解冻数次，得到透明均匀的纤维素碱性溶液；

(2)纤维素凝胶聚合物膜的制备：将N,N-亚甲基双丙烯酰胺加入步骤(1)的溶液中，其质量终浓度为2～8wt％，搅拌均匀后静置固化，采用去离子水对所得凝胶进行纯化，干燥后得到透明、光滑、柔韧的纤维素凝胶聚合物膜；

(3)纤维素凝胶聚合物电解质的制备：将纤维素凝胶聚合物膜浸泡在电解液中，即得交联型纤维素基凝胶聚合物电解质。

进一步地，所述步骤(1)中的纤维素为微晶纤维素、纳米纤维素、木材或农作物中提取的纤维素中的一种及以上。

进一步地，所述步骤(1)中碱/尿素溶液为氢氧化钠/尿素水溶液、氢氧化钠/硫脲水溶液、氢氧化锂/尿素水溶液和氢氧化锂/硫脲水溶液中的一种。

进一步地，所述碱/尿素溶液中，碱即氢氧化钠、氢氧化锂的质量分数为5～9wt％，尿素、硫脲的质量分数为9～13wt％，溶剂为去离子水。

进一步地，所述步骤(2)中干燥方式为冷冻干燥、真空干燥、超临界干燥和直接干燥中的一种及以上。

进一步地，所述步骤(3)中电解液为锂离子电池电解液、氢氧化钾电解液中的一种。

进一步地，所述氢氧化钾电解液为2～6M的KOH溶液。

进一步地，所述步骤(3)中，当纤维素凝胶聚合物膜浸泡在锂离子电池电解液中时，浸泡时间为2～6小时；当纤维素凝胶聚合物膜浸泡在氢氧化钾电解液中时，浸泡时间为0.5小时～30天。

如上所述的交联型纤维素基凝胶聚合物电解质的制备方法制得的电解质在锂离子电池、超级电容器制备方面中的应用。

本发明取得的有益效果是：