[发明专利]一种POSS复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法

说明书

本发明涉及一种POSS复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法，组份的质量配比为：POSS占聚合物基体的1％‑15％，纤维素占聚合物基体的10％‑90％，聚碳酸酯占聚合物基体的10％‑90％，锂盐占聚合物基体的5％‑15％，共混上述四组分配制溶液后浇筑得到POSS复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质；所述纤维素为甲基纤维素。本发明提出的浇筑法制备POSS复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质具有机械性能好、高温电导率高的特点，POSS有助于聚合物电解质耐热性能和机械性能的提高，纤维素有助于提供良好的机械性能，聚碳酸酯有助于提高离子电导率。本发明的POSS复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质能够满足作为锂离子电池电解质对离子电导率的要求。

技术领域

本发明属于固体聚合物电解质制备技术领域，涉及一种POSS复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法。

背景技术

随着环境污染的日益严重以及化石燃料的日益匮乏，人们开始寻求新型的能源材料。锂离子电池具有高能量密度、长使用寿命以及对环境友好等特点，广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机和电动汽车等。目前的锂离子电池主要是液态电解质，它在长期循环使用过程中会出现漏液现象，极端情况下会发生燃烧甚至爆炸的危险。开发新型的电解质体系迫在眉睫。固态聚合物电解质相对于液态电解质具有更高的能量密度，高的工作电压，好的柔韧性和设计性。用其组装的电池由于是全固态的，在使用过程中不会出现漏液问题，安全性更高。目前固态电解质的研究主要基于聚醚类，但是固体聚合物电解质目前还存在电导率低和机械性能差的问题，无法满足电池的正常使用。设计制备新型的固体聚合物电解质，使其在满足电池的组装及安全性问题的情况下，提高电池的离子传输性能和电化学稳定性，是目前研究的热点和难点。

倍半硅氧烷(POSS)是一种有机-无机杂化材料，无机硅氧笼型核能够有效提高材料的耐热性能和机械性能，有机部分可以提高其与聚合物的相容性。

纤维素由于其储量丰富、可生物降解、可再生、易获得、成本低，因此是替代石油基材料的良好选择。纤维素主要来源于木材，是一种线性均聚物，具有孔隙率高、力学性能好、无毒、重量轻等特点，而且用其制备的电解质具有良好的润湿性和热稳定性，已成为电池隔膜的一种替代材料。但是，纤维素结晶性高，用其制备的电解质电导率低，无法满足电池的需求。

聚碳酸酯具备优异的冲击强度、透明性、耐老化性及耐疲劳性等性能，广泛应用于工业生产。由于其独特的性质，被用于电子工业的研究。聚碳酸酯结构中含有极性基团，相对于聚醚类具有更高的介电常数，更有利于锂盐的解离。然而，聚碳酸酯聚合物固体电解质的成膜性差，机械性能差。

基于以上分析，将与聚合物相容性好，又有利于机械性能提高的POSS和成膜性差、电导率高的聚碳酸酯与成膜性好、电导率低的纤维素以不同比例混合，采用溶液浇筑的方法制备得到性能良好的固态聚合物电解质。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种POSS复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质及制备方法，为了提高固体电解质的机械性能和离子电导率，选用机械性能好的纤维素，介电常数高的聚碳酸酯为原料，制成纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质，满足作为锂离子电池电解质对离子电导率的要求。

技术方案

一种POSS复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质，其特征在于组份的质量配比为︰POSS占聚合物基体的1％-15％，纤维素占聚合物基体的10％-90％，聚碳酸酯占聚合物基体的10％-90％，锂盐占聚合物基体的5％-15％，共混上述四组分配制溶液后浇筑得到POSS复合纤维素/聚碳酸酯固体聚合物电解质；所述纤维素为甲基纤维素。

所述POSS为POSS-(C₃H₆Cl)₈或POSS-PMMA。

所述甲基纤维素用量为聚合物总质量的20％-80％。