[发明专利]一种可生物降解的共混型聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物电解质，特别是涉及一种可生物降解的共混型聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

自1890年Thomas Edison发明可充电的铁镍电池以来，电池经过一个多世纪的发展，已经遍布人们生产生活的各个角落，大到航空航天、国防安全，小到日用电器、儿童玩具，到处充斥着电池的身影。电池已成为人们生活中不可或缺的一部分。

但是，电池的出现，却给生态环境带来了极大的威胁。无论是早期的镍镉电池还是稍晚的铅酸电池还是后来的镍氢电池还是现在仍然很流行的碱性干电池，无一例外，如果缺乏管理，都将会给生态环境带来巨大灾难。这些电池电解质溶液中含有的重金属离子如镉、钴、汞、铅、镍等，一旦进入土壤或水体，将会给生物体和自然环境带来极大危害，进而通过生物链危害人类健康。

随着国际上绿色环保的呼声越来越高，锂电池作为一种绿色无污染电池应运而生，并很快与传统电池并驾齐驱。在动力电池领域，据有关机构预测，2012年，我国在新能源汽车动力电池的使用上，锂电池将占到30％，市场容量将达到150亿元，而全球锂电池市场容量将达到数干亿元。在电动工具、电动玩具、户外运动器械、LED储能等领域，锂电池近年来也可谓风光无限，对镍氢、镍镉小电池的取代超过了人们的预期，接下来完全可能统治整个市场。锂电池的发展速度令人称奇。

然而，虽然锂电池在绿色环保方面做出了很大的突破，但其对生态环境仍然具有一定的威胁。锂电池电解质里仍然还含有少量的镍、钴等重金属离子，如果任其积累，必将对环境造成伤害。近年来，安全性能更高的聚合物锂离子电池迅速发展了起来，这种电池的主要特点是电池的电解质基质为固态的聚合物凝胶或干膜，其中，构成这些固态电解质基质的材料主要是聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等，而这些材料却有一个共同的致命缺点：难以生物降解。随着聚合物锂离子电池的不断发展，这些难生物降解且含有一定量有害物质的固态电解质必将给生态环境带来巨大危害。

聚乳酸是近些年来发展起来的一种既具有一般高分子材料所具备的性能又具有优良的生物相容性和生物降解性的绿色材料，其产品正在逐步取代传统的不可降解材料制品，备受各行业关注。因此，如果能将聚乳酸应用到固态电解质材料中，就会克服传统固态电解质材料不可降解的缺陷。然而纯聚乳酸的高脆性、低强度、低热稳定性等使其成膜性能较差，决定了纯的聚乳酸难以成为固体电解质基体膜材料，只能通过对聚乳酸改性来达到其作为固体电解质基体膜材料的目的。

共混是材料研究中一种常用的提高材料性能的方法，这种方法能将两种或多种具有一定相容性的材料的优点集中体现在一种材料上，聚乳酸具有良好的生物降解性能，但是导电性能较差，传统的电解质材料具有良好的导电性能但生物降解性能欠佳，如果将聚乳酸等可生物降解材料与传统电解质基体膜材料共混则既能达到其作为电解质基体膜材料的目的又能达到可生物降解的要求。

发明内容

本发明的目的是针对常用电解质膜生物降解性能的不足，提供一种可生物降解的共混型聚合物电解质膜及其制备方法。为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

所述的可生物降解的共混型聚合物电解质膜的组份及质量百分比含量为：

可生物降解聚合物           30％～55％

不可生物降解聚合物         40％～60％

导电锂盐                   5％～15％

可生物降解的共混型聚合物电解质膜的制备方法包括如下步骤：

a电解质溶液的配制：称取导电锂盐，溶解于非质子性溶剂中，配制得到导电锂盐浓度为0.9～1.5mol/L的电解质溶液。

b聚合物溶液的配制：分别称取可生物降解聚合物和不可生物降解聚合物，将其溶解在不同的非质子性溶剂中，均配制成浓度为0.5～1.5mol/L溶液。

c聚合物基体膜的制备：分别取经b步骤配制的可生物降解聚合物溶液和不可生物降解聚合物溶液，然后将其混合，在40～80℃温度下持续搅拌6-9h，制备得到共混液，再将制备得到的共混液中的溶剂抽出，在模具中浇注制备得到聚合物基体膜。其中，所取的可生物降解聚合物溶液中溶质质量占聚合物基体膜的质量百分比为30％～60％，所取的不可生物降解聚合物溶液中溶质质量占聚合物基体膜的质量百分比为40％～70％。