木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，屬于鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池由正極、負(fù)極和電解質(zhì)三部分構(gòu)成，其中，電解質(zhì)是載流子鋰離子在正負(fù)電極間傳輸?shù)慕橘|(zhì)。當(dāng)前，鋰離子電池產(chǎn)品通常使用的電解質(zhì)為液態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)聚合物電解質(zhì)，然而，二者分別存在漏液、爆炸、燃燒和離子導(dǎo)電性不高、成本高昂的問題。凝膠聚合物電解質(zhì)目前雖然還沒有在電池中得到應(yīng)用，但卻是一類兼具液體電解質(zhì)和固態(tài)聚合物電解質(zhì)所有優(yōu)點的電解質(zhì)，是鋰離子電池未來得到更大發(fā)展空間的關(guān)鍵之一。液態(tài)電解質(zhì)在實際使用時必須在電極之間額外加裝一層聚合物隔膜，固態(tài)聚合物電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)在實際使用時電解質(zhì)中添加了聚合物基體。電解質(zhì)中所使用的聚合物隔膜和聚合物基體都是不容易降解的，顯然，在這個層面上鋰離子電池并沒有達(dá)到完全綠色環(huán)保的要求。隨著鋰離子電池每年使用量的持續(xù)增加，電解質(zhì)所造成的"白色污染"也必將不容忽視。因此，本發(fā)明基于發(fā)展?jié)摿薮蟮哪z聚合物電解質(zhì)，首次提出以木質(zhì)素這種天然高分子材料取代當(dāng)前普遍使用的合成聚合物基體來制備電解質(zhì)。木質(zhì)素是最古老、最豐富的天然高分子之一，取之不盡、用之不竭，是人類寶貴的天然可降解資源。使用以木質(zhì)素為基體的電解質(zhì)的鋰離子電池才是真正的綠色環(huán)保電池，對環(huán)境零污染。在國內(nèi)外報道中尚未出現(xiàn)相關(guān)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]要解決的技術(shù)問題
[0004]為了使鋰離子電池用凝膠聚合物電解質(zhì)中的聚合物基體易于降解，不對環(huán)境造成"白色污染"，本發(fā)明提出了以木質(zhì)素這一天然高分子材料為基體來制備凝膠聚合物電解質(zhì)。
[0005]技術(shù)方案
[0006]木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于:具體步驟如下:
[0007](I)木質(zhì)素膜的制備:稱取600?900mg木質(zhì)素粉末并量取40?60ml去離子水，均置入燒杯中，溫度保持在30?35°C范圍內(nèi)磁力攪拌3?5h，得到均勻的懸浮液；將懸浮液傾倒入放置在加熱臺上的培養(yǎng)皿中，溫度溫度保持在60?70°C范圍內(nèi)慢慢蒸發(fā)掉水分，得到厚度均勻的致密木質(zhì)素膜。
[0008](2)木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)的制備:將步驟(I)中得到的木質(zhì)素膜置于真空烘箱中，在50?80°C溫度范圍內(nèi)真空干燥6?1h后轉(zhuǎn)入手套箱中；再將木質(zhì)素膜浸入液體電解質(zhì)中0.5?lh，得到木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)。
[0009]木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于:制備得到的木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)的配比為:木質(zhì)素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25wt.%?35wt.%，液體電解質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為75wt.%?65wt.% 0
[0010]木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于:所述液體電解質(zhì)中的增塑劑是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等中的一種或幾種的混合；所述液體電解質(zhì)中的鋰鹽是高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰等中的一種或者幾種的混合。
[0011]有益效果
[0012]本發(fā)明的有益效果是，以木質(zhì)素這種天然高分子材料替代當(dāng)前普遍使用的合成聚合物作為凝膠聚合物電解質(zhì)的基體，這不但開發(fā)出了更多的凝膠聚合物電解質(zhì)的新型基體，制備出天然可降解的電解質(zhì)，使得以其為電解質(zhì)的鋰離子電池達(dá)到真正的零環(huán)境污染，而且開拓出了木質(zhì)素新的應(yīng)用領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0013]圖1為木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)的制備流程圖。
[0014]圖2為木質(zhì)素膜的掃面電鏡照片。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明:
[0016]實施例
[0017](1)木質(zhì)素膜的制備:稱取850mg木質(zhì)素粉末并量取40ml去離子水，均置入燒杯中，溫度保持在35°C磁力攪拌3h，得到均勻的懸浮液；將懸浮液傾倒入放置在加熱臺上的培養(yǎng)皿中，溫度溫度保持在60°C范圍內(nèi)慢慢蒸發(fā)掉水分，得到厚度均勻的致密木質(zhì)素膜。
[0018](2)木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)的制備:將步驟(1)中得到的木質(zhì)素膜置于真空烘箱中在70°C溫度范圍內(nèi)真空干燥6h后轉(zhuǎn)入手套箱中；再將木質(zhì)素膜浸入濃度為lmol.cm1的六氟磷酸鋰的碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯(體積比1: 1: 1)液體電解質(zhì)中0.5h，得到木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)。
[0019]對實施例制備木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)膜進行測試分析，在中國上海辰華公司電化學(xué)工作站CH1-660D和中國深圳新威公司充放電儀NEWARE CT-3008-5V50mA上進行。交流阻抗測試條件為掃描的頻率范圍為0.1Hz?100kHz，交換信號幅度為10mV，電極為兩個面積為1cm2的不銹鋼；循環(huán)伏安掃描測試條件為掃描的頻率范圍為0.1Hz?100kHz掃描的速率為lmV.s \負(fù)極為鋰片、正極為不銹鋼；鋰離子迀移數(shù)采用結(jié)合交流阻抗和直流極化的方法，交流阻抗測試條件為掃描的頻率范圍為0.1Hz?100kHz，交換信號幅度為10mV，直流極化測試極化電壓為10mV ;充放電性能條件為起始電壓2.0V，截止電壓4.5V，充放電倍率1C。測試的結(jié)果是:電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率在室溫下達(dá)到3.73X 10 3 S.cm1；在電壓達(dá)到7.5V時，電解質(zhì)仍然是電化學(xué)穩(wěn)定的；鋰離子迀移數(shù)達(dá)到0.85 ;放電容量達(dá)到137mAh.g \
【主權(quán)項】
1.木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)木質(zhì)素膜的制備:稱取600?900mg木質(zhì)素粉末并量取40?60ml去離子水，均置入燒杯中，溫度保持在30?35°C范圍內(nèi)磁力攪拌3?5h，得到均勻的懸浮液；將懸浮液傾倒入放置在加熱臺上的培養(yǎng)皿中，溫度溫度保持在60?70°C范圍內(nèi)慢慢蒸發(fā)掉水分，得到厚度均勾的致密木質(zhì)素膜。 (2)木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)的制備:將步驟(I)中得到的木質(zhì)素膜置于真空烘箱中在50?80°C溫度范圍內(nèi)真空干燥6?1h后轉(zhuǎn)入手套箱中；再將木質(zhì)素膜浸入液體電解質(zhì)中0.5?lh，得到木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于:制備得到的木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)的配比為:木質(zhì)素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25wt.V0?35wt.%，液體電解質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為75wt.%?65wt.%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于:所述液體電解質(zhì)中的增塑劑是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等中的一種或幾種的混合；所述液體電解質(zhì)中的鋰鹽是高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰、三氟甲基磺酸鋰等中的一種或者幾種的混合。
【專利摘要】本發(fā)明涉及木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其特征在于：首先制備木質(zhì)素膜，將600～900mg木質(zhì)素和40～60ml去離子水混合，于30～35℃范圍內(nèi)攪拌均勻，再于60～70℃范圍內(nèi)蒸發(fā)掉水分；其次制備木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)，木質(zhì)素膜置于真空烘箱中50～80℃范圍內(nèi)干燥6～10h，再浸入液體電解質(zhì)中0.5～1h；得到的木質(zhì)素基體凝膠聚合物電解質(zhì)配比為：木質(zhì)素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25wt.％～35wt.％，液體電解質(zhì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為75wt.％～65wt.％。本發(fā)明的有益效果是，以木質(zhì)素這種天然高分子材料替代當(dāng)前普遍使用的合成聚合物作為凝膠聚合物電解質(zhì)的基體，這不但開發(fā)出了更多的凝膠聚合物電解質(zhì)的新型基體，制備出天然可降解的電解質(zhì)，使得以其為電解質(zhì)的鋰離子電池達(dá)到真正的零環(huán)境污染，而且開拓出了木質(zhì)素新的應(yīng)用領(lǐng)域。
【IPC分類】H01M10/058, H01M10/0565
【公開號】CN105355978
【申請?zhí)枴緾N201510675989
【發(fā)明人】黃韻
【申請人】西南石油大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月16日