[发明专利]一种高强度碱性聚合物电解质的制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度碱性聚合物电解质的制备方法，称取一定量的聚乙烯醇和塔拉胶溶于水中并于85~100℃加热搅拌0.5~4h，获得稳定的溶液A；称取一定量的碱溶于水中，获得稳定的溶液B；将溶液B加入溶液中A搅拌，获得稳定的混合溶液；将混合溶液倒入模具中，‑20℃冷冻10~24h，然后取出，在4℃~30℃条件下解冻2~6h，作为一个冷冻‑解冻循环，循环1~10次后即得到所述的聚合物电解质。本发明高强度碱性聚合物电解质由聚乙烯醇和塔拉胶制备，二者形成双网络结构，使聚合物电解质的强度得到很大提高，同时仍保持高电导率，可以满足穿戴式储能设备的需要；本发明的制备方法加工成本低，原料廉价易得。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种利用聚乙烯醇和塔拉胶制备高强度碱性聚合物电解质的方法。

背景技术

聚合物固体电解质（SPE）是近年来发展较快的一种新型电解质，具有良好的机械性能和体积应变性、质量轻、比能量高以及消除漏液等优点。其研究始于1973年Wright等对聚氧化乙烯（PEO）与碱金属离子络合物导电性的发现。1979年Armand等指出PEO／碱金属盐络合物在40~60℃时离子电导率达10^-5S/cm，可用作锂离子电池电解质。

此后，聚合物电解质得到了迅速发展。其中聚合物凝胶电解质既具有固态电解质的稳定性、可塑性和非流动性等特点，又具有液态电解质的高离子电导率。凝胶电解质电池有很多水溶液电解质电池无法比拟的优点，如自放电率小，寿命长，安全可靠等。就电池应用方面，目前的研究大多仍集中在锂离子聚合物电池或质子交换膜燃料电池方面，而关于碱性聚合物电解质的研究报道较少。碱性聚合物电解质具有较高的室温电导率( 室温电导率一般在 10^-3～10^-2S/cm之间) 、易于合成、成本较低，原材料丰富等特点，在金属空气电池、碱性二次电池、碱性燃料电池、超级电容器等方面有潜在的应用价值，因此已成为近年来的研究热点。

碱性聚合物电解质主要有３类：PAA（聚丙烯酸）基、PEO基和PVA基。PAA基碱性聚合物电解质电导率最高，但因为机械性强度差，极大限制了该类电解质的实际应用。PEO基聚合物电解质因结晶度高，导致室温电导率低，不能满足实用电池电解质的要求（达到10^-3S/cm以上）。PVA基聚合物电解质具有较高的离子电导率，和良好的机械性能，且价格低廉，因此成为研究热点。

当今电子产品向便携式、可穿戴方向发展，使用条件复杂，对电解质除了电导率、循环稳定性等要求外，对强度也提出了更高的要求。而凝胶聚合物电解质由于含有大量溶剂，强度普遍不好，因此采取措施提高凝胶聚合物电解质的强度具有现实意义。目前常用的增强的方法主要为制备拓扑结构凝胶、纳米复合凝胶、双网络凝胶等，其中双网络凝胶受到拉伸时，第一层网络由于溶胀效应，变得刚而脆，所以会先断裂，到达屈服点后，第一层网络大量断裂并产生细颈现象，第二层网络则用于桥接断裂的第一层网络维持凝胶的整体性，通过第一层网络的大量断裂，耗散了施加于凝胶上的力，所以该双网络水凝胶被赋予了高力学性能。基于这种双网络结构增强增韧的理念，也发展出许多其他具有高力学性能的凝胶。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种高强度碱性聚合物电解质的制备方法，制得的电解质为具有高强度、高电导率的凝胶聚合物电解质，该电解质原料便宜、制备简单。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明利用聚乙烯醇和塔拉胶形成双网络凝胶结构制备高强度凝胶聚合物电解质的方法的步骤如下：

（1）称取一定量的聚乙烯醇和塔拉胶溶于水中并于85~100℃加热搅拌2~4h，获得稳定的溶液；称取一定量的碱溶于水中，获得稳定的溶液；将碱溶液加入聚乙烯醇溶液中搅拌，获得稳定的溶液。

（2）将混合溶液倒入模具中，-20℃冷冻10~24h，然后取出，在4℃~30℃解冻2~6h，作为一个冷冻-解冻循环，循环1~10次后即得到所述的聚合物电解质膜。