[发明专利]一种聚合物固态电解质材料、固态电解质膜及其制备方法

说明书

本发明公开了聚合物固态电解质材料、固态电解质膜及其制备方法，该聚合物固态电解质材料，包括锂盐、聚合物基体材料及丝素蛋白，所述锂盐的含量为1～20wt％，所述聚合物基体材料的含量为3～60wt％，所述丝素蛋白的含量为20～96wt％。本发明的优点是制备工艺简单，成本低廉，丝素蛋白和聚合物基体材料中都含有大量含氧官能团，有助于锂离子的快速传导，能够提高聚合物固态电解质材料的室温离子电导率值；另外，由于丝素蛋白中的α‑螺旋和β‑折叠结构，增强了固态电解质材料的耐高温性能以及机械强度，能够抑制锂枝晶的生长、防止被锂枝晶刺穿。

技术领域

本发明涉及固态电解质领域，特别是涉及一种聚合物固态电解质材料、固态电解质膜及其制备方法。

背景技术

电解质是电化学器件中的重要组成部分。目前，锂二次电池的电解质主要由有机溶剂与锂盐组成。目前常用的有机电解液容易着火、爆炸、泄露等安全隐患严重制约了锂二次电池的发展。

聚合物固态电解质由于具有良好的继续性能和高安全性，可以防止电解液泄漏，且无需隔膜，已经引起了广泛关注。但是，聚合物固态电解质的室温离子电导率较低(10^-5～10^-6S cm^-1)，限制了其实际应用。

发明内容

发明目的：针对上述问题，本发明的目的是提供一种聚合物固态电解质材料、固态电解质膜及其制备方法，以解决室温离子电导率较低的技术问题。

技术方案：

一种聚合物固态电解质材料，包括锂盐、聚合物基体材料及丝素蛋白，所述锂盐的含量为1～20wt％，所述聚合物基体材料的含量为3～60wt％，所述丝素蛋白的含量为20～96wt％。由于设有丝素蛋白和聚合物基体材料，丝素蛋白和聚合物基体材料中都含有大量含氧官能团，有助于锂离子的快速传导，通过锂盐、丝素蛋白及聚合物基体材料三者之间的协同作用，能够提高聚合物固态电解质材料的室温离子电导率值；另外，由于丝素蛋白中的α-螺旋和β-折叠结构，增强了固态电解质材料的耐高温性能以及机械强度，能够抑制锂枝晶的生长、防止被锂枝晶刺穿。

在其中一个实施例中，所述丝素蛋白为桑蚕丝素蛋白、柞蚕丝素蛋白、琥珀蚕丝素蛋白、天蚕丝素蛋白及蜘蛛丝素蛋白中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述锂盐为三氟甲基磺酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂及高氯酸锂三水合物中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述聚合物基体材料为水性聚氨酯、聚乙烯醇、聚氧乙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚苯醚以及它们的共混、共聚物中的一种或多种混合。

一种聚合物固态电解质膜，含有上述聚合物固态电解质材料。

一种聚合物固态电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将丝素蛋白溶于水中，形成浓度为4～9％(w/v)的丝素蛋白水溶液，放入-20～4℃的冰箱中冷藏备用；

2)在搅拌状态下，将聚合物基体材料加入丝素蛋白水溶液中，搅拌12～48h，得到混合溶液；

3)将锂盐加入混合溶液中，搅拌12～48h，，得到固态电解质溶液；

4)将固态电解质溶液涂布在模具中，干燥处理，即可得到聚合物固态电解质膜。

在其中一个实施例中，步骤3)中，搅拌速率为30～500rpm/min。

在其中一个实施例中，步骤4)中，干燥处理过程为：在真空状态下，40～100℃条件下干燥12～48h。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点是：