[发明专利]一种凝胶电解质隔膜及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供一种凝胶电解质隔膜以及制备方法和锂离子电池，包括以下重量份数的原料，木质纤维素0.5‑1份，聚氧化乙烯2‑4份，聚丙烯酸0.5‑1份。制备方法包括以下步骤：步骤(A)：将木质纤维素放入溶剂中研磨处理得到第一溶液；步骤(B)：将聚氧化乙烯放入溶剂得到第二溶液；步骤(C)：将聚丙烯酸放入溶剂得到第三溶液；步骤(D)：将第一溶液与第二溶液混合搅拌得混合液；步骤(E)：将第三溶液加入步骤(D)中的混合液中搅拌均匀，固化形成聚合物基膜；步骤(F)：将聚合物基膜浸泡于电解液中得到凝胶电解质隔膜。制备出的凝胶电解质隔膜电化学性能优异，具有优良的吸液率和持液率，能够对锂枝晶有明显抑制作用。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种凝胶电解质隔膜及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

目前，由于锂离子电池使用的是液体有机电解质，导致许多具有高能量密度和功率密度的材料难以应用。另外，因为使用液态电解质，电池容易在短路或局部过热的情况下产生热量堆积，乃至引发爆炸。因此，一套更安全的电池系统的开发迫在眉睫。

这时，凝胶电解质和固态电解质又重新被提出进行研究。其中，固体聚合物电解质在工业应用方面还有很长的路要走，因为在室温环境下使用时，电池的离子电导率仍然不够理想。而且，固体聚合物电解质与电极之间的界面问题亟待解决。凝胶电解质兼有液体电解质良好的离子电导率和固体电解质优异的安全性等优点，成为当下科研工作者研究的重点。凝胶电解质是一种由盐在高分子量聚合物基质中溶解而成的凝胶态的膜，被广泛应用于锂离子电池等电化学器件。其中，凝胶电解质中的离子导电相具有与某些液体离子溶液相当的传输性质，并具有透明、无溶剂、重量轻、柔韧性好、成膜能力强、易加工等优点。

对于凝胶态聚合物膜的研究，人们进行了各种不同的尝试，比如对不同聚合物进行共混改性、对单离子导电聚合物添加无机粒子或者在聚合物中加入离子液体提高其离子导电性等，但凝胶电解质隔膜仍存在电化学性能较差、易发生锂枝晶等现象，故亟需一种解决上述问题的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种凝胶电解质隔膜，该膜电化学性能优异，绿色环保且对锂枝晶具有很好的抑制效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种凝胶电解质隔膜，包括以下重量份数的原料，木质纤维素0.5-1份，聚氧化乙烯2-4份，聚丙烯酸0.5-1份。通过设置木质纤维素、聚氧化乙烯和聚丙烯酸的质量比，使制备出的凝胶电解质隔膜的电化学性能、对锂枝晶抑制效果以及成膜性更好，更完整。

本发明的另一目的在于提供一种凝胶电解质隔膜的制备方法，该方法利用聚丙烯酸具有丰富的羧基官能团，能够与含有羟基官能团的聚氧化乙烯相互，先将研磨后有丰富的羟基与羧基的纤维素加入聚氧化乙烯，再加入聚丙烯酸，使三者相互交联，并且锁住部分聚氧化乙烯，增加聚氧化乙烯的非晶相，利于链间和链内离子的转移，抑制了锂枝晶的刺穿。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种凝胶电解质隔膜的制备方法，包括以下步骤：步骤(A)：将上述重量份数的木质纤维素放入溶剂中进行研磨处理得到第一溶液；步骤(B)：将上述重量份数的聚氧化乙烯放入溶剂中得到第二溶液；步骤(C)：将上述重量份数的聚丙烯酸放入溶剂中得到第三溶液；步骤(D)：将第一溶液与第二溶液混合搅拌均匀得混合液；步骤(E)：将第三溶液加入步骤(D)中的混合液中搅拌均匀，固化形成聚合物基膜；步骤(F)：将步骤(E)中聚合物基膜浸泡于电解液中得到凝胶电解质隔膜。