一種鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，屬于聚合物電解質(zhì)制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將西瓜皮蒸煮后，與無水氯化鈣等攪拌混合，再利用酵母菌協(xié)同沼氣液中微生物共同進行發(fā)酵，取發(fā)酵液表面細菌纖維素膜，經(jīng)沖洗、堿浸、水浴保溫，抽濾得膜片，將膜片水浴處理、冷凍、二次解凍后，與聚乙二醇二甲醚和高氯酸鋰混合，在真空條件下，浸漬得鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)的方法。本發(fā)明制備步驟簡單，充分利用細菌纖維素制備凝膠聚合物電解質(zhì)，無須加入增塑劑，針對性強，有效解決了離子導(dǎo)電率低、機械性能差問題。
【專利說明】
一種鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，屬于聚合物電解質(zhì)制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，鋰電池受到廣泛關(guān)注，作為一種高能環(huán)保電池，其具有工作電壓高、比能量大、可快速充放電及循環(huán)使用壽命長等優(yōu)點，因此已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于手機、筆記本電腦以及數(shù)碼相機等電子產(chǎn)品。纖維素是自然界中分布最廣泛、含量最豐富的可再生資源，具有可降解性、成膜性、無毒性、良好的相容性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及力學(xué)性能優(yōu)良等眾多優(yōu)點，使得纖維素在造紙、工業(yè)加工、建筑、油田化學(xué)、醫(yī)學(xué)以及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域均有所應(yīng)用。將纖維素及其衍生物應(yīng)用于電子產(chǎn)品領(lǐng)域尤其是應(yīng)用于鋰電池開始受到研究者們的關(guān)注。凝膠聚合物鋰離子電池是在液體鋰離子電池基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代鋰離子電池。凝膠聚合物鋰離子電池的關(guān)鍵是制備凝膠聚合物電解質(zhì)，它的性能優(yōu)劣直接影響鋰離子電池性能的優(yōu)化和提高。凝膠聚合物電解質(zhì)是由聚合物、增塑劑和鋰鹽通過一定的方法形成的具有合適微結(jié)構(gòu)的聚合物網(wǎng)絡(luò)，利用固定在微結(jié)構(gòu)中的液態(tài)電解質(zhì)分子實現(xiàn)離子傳導(dǎo)。目前研究較多的凝膠聚合物電解質(zhì)體系主要有聚環(huán)氧乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈和聚甲基丙烯酸甲酯。傳統(tǒng)的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法主要采取溶劑澆鑄，但是由于制備過程中加入較多量的增塑劑使得凝膠聚合物電解質(zhì)存在離子導(dǎo)電率低、機械性能差等問題，且熱穩(wěn)定性差、凝固點高，在低溫下電導(dǎo)率低，高溫下電解液易分解變質(zhì)。因此制備具有高電導(dǎo)率和優(yōu)異的機械性能的凝膠聚合物電解質(zhì)十分有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題:針對傳統(tǒng)凝膠聚合物電解質(zhì)在制備過程中，需要加入增塑劑，導(dǎo)致離子導(dǎo)電率低、機械性能差的弊端，提供了一種將西瓜皮蒸煮后，與無水氯化鈣等攪拌混合，再利用酵母菌協(xié)同沼氣液中微生物共同進行發(fā)酵，取發(fā)酵液表面細菌纖維素膜，經(jīng)沖洗、堿浸、水浴保溫，抽濾得膜片，將膜片水浴處理、冷凍、二次解凍后，與聚乙二醇二甲醚和高氯酸鋰混合，在真空條件下，浸漬得鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)的方法。本發(fā)明制備步驟簡單，充分利用細菌纖維素制備凝膠聚合物電解質(zhì)，無須加入增塑劑，針對性強，有效解決了離子導(dǎo)電率低、機械性能差問題。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案是:
(1)稱取新鮮西瓜皮300?500g，加入盛有I?2L清水的蒸鍋中，加熱至沸騰，在沸騰狀態(tài)下蒸煮20?30min，取出西瓜皮，待其自然冷卻至室溫后，加入盛有I?2L去離子水的密閉發(fā)酵罐中，再依次加入0.3?0.5g無水氯化鈣，0.2?0.4g磷酸二氫鉀，滴加質(zhì)量濃度為6?8%梓檬酸溶液，調(diào)節(jié)pH至6.2?6.4，啟動發(fā)酵罐攪拌器，以300?400r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合10?15min;
(2)待攪拌結(jié)束，依次加入2?4g酵母粉和10?15mL沼氣液，用玻璃棒攪拌混合10?15min后，啟動發(fā)酵罐加熱器，加熱升溫至30?35°C，靜置恒溫密閉發(fā)酵5?7天，用鑷子取出發(fā)酵液表層纖維素膜，并用去離子水沖洗3?5次后，將其浸入盛有100?150mL質(zhì)量濃度為
0.1?0.3mol/L氫氧化鈉溶液的燒杯中；
(3)再將燒杯置于75?80°C恒溫水浴鍋中，保溫處理45?60min，抽濾，除去濾液，得膜片，用去離子水洗滌膜片至洗滌液呈中性，隨后將膜片轉(zhuǎn)入盛有160?ISOmL去離子水的燒杯中，再將燒杯置于90?95°C振蕩水浴鍋中處理18?24h，取出膜片，再將膜片置于冰箱中于-20?-18 °C冷凍6?8h，4?6 °C解凍2?4h后，再于室溫下解凍2?4h，得細菌纖維素凝膠；
(4)按重量份數(shù)計，在燒杯中，依次加入100?120份聚乙二醇二甲醚，15?20份高氯酸鋰，20?25份上述所得細菌纖維素凝膠，用玻璃棒攪拌3?5min后，將燒杯轉(zhuǎn)入真空烘箱內(nèi)，在真空度為0.02?0.04MPa條件下，以3?5°C/min速率逐步升溫至180?200°C，保溫45?60min，待其自然冷卻至室溫后，即得鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)。
[0005]本發(fā)明制得的鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)拉伸強度達38.6?39.SMPa，斷裂伸長率為48?50%，分解溫度為248?250°C，室溫下電導(dǎo)率達1.60 X 10—2?1.63 X 10一2S.cm—1O
[0006]本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是:
(I)本發(fā)明制備步驟簡單，充分利用細菌纖維素制備凝膠聚合物電解質(zhì)，無須加入增塑劑，針對性強；
(2 )所得電解質(zhì)電導(dǎo)率高，機械性能好。
[0007](3)本發(fā)明以廉價易得的西瓜皮為細菌發(fā)酵的營養(yǎng)來源，提高了西瓜皮的經(jīng)濟利用價值，減少了淀粉等糧食作物的消耗，為果農(nóng)增加了新的經(jīng)濟來源。
【具體實施方式】
[0008]首先稱取新鮮西瓜皮300?500g，加入盛有I?2L清水的蒸鍋中，加熱至沸騰，在沸騰狀態(tài)下蒸煮20?30min，取出西瓜皮，待其自然冷卻至室溫后，加入盛有I?2L去離子水的密閉發(fā)酵罐中，再依次加入0.3?0.5g無水氯化鈣，0.2?0.4g磷酸二氫鉀，滴加質(zhì)量濃度為6?8%梓檬酸溶液，調(diào)節(jié)pH至6.2?6.4，啟動發(fā)酵罐攪拌器，以300?400r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合10?15min;待攪拌結(jié)束，依次加入2?4g酵母粉和10?15mL沼氣液，用玻璃棒攪拌混合10?15min后，啟動發(fā)酵罐加熱器，加熱升溫至30?35°C，靜置恒溫密閉發(fā)酵5?7天，用鑷子取出發(fā)酵液表層纖維素膜，并用去離子水沖洗3?5次后，將其浸入盛有100?150mL質(zhì)量濃度為
0.1?0.3mol/L氫氧化鈉溶液的燒杯中；然后再將燒杯置于75?80°C恒溫水浴鍋中，保溫處理45?60min，抽濾，除去濾液，得膜片，用去離子水洗滌膜片至洗滌液呈中性，隨后將膜片轉(zhuǎn)入盛有160?180mL去離子水的燒杯中，再將燒杯置于90?95°C振蕩水浴鍋中處理18?24h，取出膜片，再將膜片置于冰箱中于-20?-18°C冷凍6?8h，4?6°C解凍2?4h后，再于室溫下解凍2?4h，得細菌纖維素凝膠;最后按重量份數(shù)計，在燒杯中，依次加入100?120份聚乙二醇二甲醚，15?20份高氯酸鋰，20?25份上述所得細菌纖維素凝膠，用玻璃棒攪拌3?5min后，將燒杯轉(zhuǎn)入真空烘箱內(nèi)，在真空度為0.02?0.04MPa條件下，以3?5°C/min速率逐步升溫至180?200°C，保溫45?60min，待其自然冷卻至室溫后，即得鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)。
[0009]實例I 首先稱取新鮮西瓜皮300g，加入盛有IL清水的蒸鍋中，加熱至沸騰，在沸騰狀態(tài)下蒸煮20min，取出西瓜皮，待其自然冷卻至室溫后，加入盛有IL去離子水的密閉發(fā)酵罐中，再依次加入0.3g無水氯化鈣，0.2g磷酸二氫鉀，滴加質(zhì)量濃度為6%梓檬酸溶液，調(diào)節(jié)pH至6.2，啟動發(fā)酵罐攪拌器，以300r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合1min;待攪拌結(jié)束，依次加入2g酵母粉和1mL沼氣液，用玻璃棒攪拌混合1min后，啟動發(fā)酵罐加熱器，加熱升溫至30°C，靜置恒溫密閉發(fā)酵5天，用鑷子取出發(fā)酵液表層纖維素膜，并用去離子水沖洗3次后，將其浸入盛有10mL質(zhì)量濃度為0.lmol/L氫氧化鈉溶液的燒杯中；然后再將燒杯置于75°C恒溫水浴鍋中，保溫處理45min，抽濾，除去濾液，得膜片，用去離子水洗滌膜片至洗滌液呈中性，隨后將膜片轉(zhuǎn)入盛有160mL去離子水的燒杯中，再將燒杯置于90°C振蕩水浴鍋中處理18h，取出膜片，再將膜片置于-20°C冰箱中冷凍6h，4°C解凍2h后，再于室溫下解凍2h，得細菌纖維素凝膠;最后按重量份數(shù)計，在燒杯中，依次加入100份聚乙二醇二甲醚，15份高氯酸鋰，20份上述所得細菌纖維素凝膠，用玻璃棒攪拌3min后，將燒杯轉(zhuǎn)入真空烘箱內(nèi)，在真空度為0.02MPa條件下，以3°C/min速率逐步升溫至180°C，保溫45min，待其自然冷卻至室溫后，即得鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)。
[0010]本發(fā)明制備步驟簡單，充分利用細菌纖維素制備凝膠聚合物電解質(zhì)，針對性強;所得電解質(zhì)電導(dǎo)率高，機械性能好;制得的鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)拉伸強度達38.6MPa，斷裂伸長率為48%，分解溫度為248°C，室溫下電導(dǎo)率達1.60X10—2S.cm—1。
[0011]實例2
首先稱取新鮮西瓜皮400g，加入盛有2L清水的蒸鍋中，加熱至沸騰，在沸騰狀態(tài)下蒸煮25min，取出西瓜皮，待其自然冷卻至室溫后，加入盛有2L去離子水的密閉發(fā)酵罐中，再依次加入0.4g無水氯化鈣，0.3g磷酸二氫鉀，滴加質(zhì)量濃度為7%梓檬酸溶液，調(diào)節(jié)pH至6.3，啟動發(fā)酵罐攪拌器，以350r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合13min;待攪拌結(jié)束，依次加入3g酵母粉和13mL沼氣液，用玻璃棒攪拌混合13min后，啟動發(fā)酵罐加熱器，加熱升溫至33°C，靜置恒溫密閉發(fā)酵6天，用鑷子取出發(fā)酵液表層纖維素膜，并用去離子水沖洗4次后，將其浸入盛有125mL質(zhì)量濃度為0.2mol/L氫氧化鈉溶液的燒杯中；然后再將燒杯置于78°C恒溫水浴鍋中，保溫處理52min，抽濾，除去濾液，得膜片，用去離子水洗滌膜片至洗滌液呈中性，隨后將膜片轉(zhuǎn)入盛有170mL去離子水的燒杯中，再將燒杯置于93°C振蕩水浴鍋中處理21h，取出膜片，再將膜片置于-19°C冰箱中冷凍7h，5°C解凍3h后，再于室溫下解凍3h，得細菌纖維素凝膠;最后按重量份數(shù)計，在燒杯中，依次加入110份聚乙二醇二甲醚，18份高氯酸鋰，23份上述所得細菌纖維素凝膠，用玻璃棒攪拌4min后，將燒杯轉(zhuǎn)入真空烘箱內(nèi)，在真空度為0.03MPa條件下，以4°C/min速率逐步升溫至190°C，保溫52min，待其自然冷卻至室溫后，即得鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)。
[0012]本發(fā)明制備步驟簡單，充分利用細菌纖維素制備凝膠聚合物電解質(zhì)，針對性強;所得電解質(zhì)電導(dǎo)率高，機械性能好;制得的鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)拉伸強度達39.2MPa，斷裂伸長率為49%，分解溫度為249°C，室溫下電導(dǎo)率達1.62X10—2S.cm—1。
[0013]實例3
首先稱取新鮮西瓜皮500g，加入盛有2L清水的蒸鍋中，加熱至沸騰，在沸騰狀態(tài)下蒸煮30min，取出西瓜皮，待其自然冷卻至室溫后，加入盛有2L去離子水的密閉發(fā)酵罐中，再依次加入0.5g無水氯化鈣，0.4g磷酸二氫鉀，滴加質(zhì)量濃度為8%梓檬酸溶液，調(diào)節(jié)pH至6.4，啟動發(fā)酵罐攪拌器，以400r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合15min;待攪拌結(jié)束，依次加入4g酵母粉和15mL沼氣液，用玻璃棒攪拌混合15min后，啟動發(fā)酵罐加熱器，加熱升溫至35°C，靜置恒溫密閉發(fā)酵7天，用鑷子取出發(fā)酵液表層纖維素膜，并用去離子水沖洗5次后，將其浸入盛有150mL質(zhì)量濃度為0.3mol/L氫氧化鈉溶液的燒杯中；然后再將燒杯置于80°C恒溫水浴鍋中，保溫處理60min，抽濾，除去濾液，得膜片，用去離子水洗滌膜片至洗滌液呈中性，隨后將膜片轉(zhuǎn)入盛有ISOmL去離子水的燒杯中，再將燒杯置于95°C振蕩水浴鍋中處理24h，取出膜片，再將膜片置于-18°C冰箱中冷凍8h，6°C解凍4h后，再于室溫下解凍4h，得細菌纖維素凝膠;最后按重量份數(shù)計，在燒杯中，依次加入120份聚乙二醇二甲醚，20份高氯酸鋰，25份上述所得細菌纖維素凝膠，用玻璃棒攪拌5min后，將燒杯轉(zhuǎn)入真空烘箱內(nèi)，在真空度為0.04MPa條件下，以5°C/min速率逐步升溫至200°C，保溫60min，待其自然冷卻至室溫后，即得鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)。
[0014]本發(fā)明制備步驟簡單，充分利用細菌纖維素制備凝膠聚合物電解質(zhì)，針對性強;所得電解質(zhì)電導(dǎo)率高，機械性能好;制得的鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)拉伸強度達39.8MPa，斷裂伸長率為50%，分解溫度為250°C，室溫下電導(dǎo)率達1.63X10—2S.cm—1。
【主權(quán)項】
1.一種鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: (1)稱取新鮮西瓜皮300?500g，加入盛有I?2L清水的蒸鍋中，加熱至沸騰，在沸騰狀態(tài)下蒸煮20?30min，取出西瓜皮，待其自然冷卻至室溫后，加入盛有I?2L去離子水的密閉發(fā)酵罐中，再依次加入0.3?0.5g無水氯化鈣，0.2?0.4g磷酸二氫鉀，滴加質(zhì)量濃度為6?8%梓檬酸溶液，調(diào)節(jié)pH至6.2?6.4，啟動發(fā)酵罐攪拌器，以300?400r/min轉(zhuǎn)速攪拌混合10?15min; (2)待攪拌結(jié)束，依次加入2?4g酵母粉和10?15mL沼氣液，用玻璃棒攪拌混合10?.15min后，啟動發(fā)酵罐加熱器，加熱升溫至30?35°C，靜置恒溫密閉發(fā)酵5?7天，用鑷子取出發(fā)酵液表層纖維素膜，并用去離子水沖洗3?5次后，將其浸入盛有100?150mL質(zhì)量濃度為.0.1?0.3mol/L氫氧化鈉溶液的燒杯中； (3)再將燒杯置于75?80°C恒溫水浴鍋中，保溫處理45?60min，抽濾，除去濾液，得膜片，用去離子水洗滌膜片至洗滌液呈中性，隨后將膜片轉(zhuǎn)入盛有160?ISOmL去離子水的燒杯中，再將燒杯置于90?95°C振蕩水浴鍋中處理18?24h，取出膜片，再將膜片置于冰箱中于-20?-18 °C冷凍6?8h，4?6 °C解凍2?4h后，再于室溫下解凍2?4h，得細菌纖維素凝膠； (4)按重量份數(shù)計，在燒杯中，依次加入100?120份聚乙二醇二甲醚，15?20份高氯酸鋰，20?25份上述所得細菌纖維素凝膠，用玻璃棒攪拌3?5min后，將燒杯轉(zhuǎn)入真空烘箱內(nèi)，在真空度為0.02?0.04MPa條件下，以3?5°C/min速率逐步升溫至180?200°C，保溫45?.60min，待其自然冷卻至室溫后，即得鋰電池細菌纖維素凝膠聚合物電解質(zhì)。
【文檔編號】H01M10/058GK106099182SQ201610636464
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月5日 公開號201610636464.0, CN 106099182 A, CN 106099182A, CN 201610636464, CN-A-106099182, CN106099182 A, CN106099182A, CN201610636464, CN201610636464.0
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