[发明专利]一种用于硫化聚丙烯腈电池体系的纤维素凝胶电解质膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于硫化聚丙烯腈电池体系的纤维素凝胶电解质膜及其制备方法，包括：在氢氧化钠/尿素/水体系中通过均相接枝制备出带有双键官能团的烯丙基纤维素；将烯丙基纤维素和醋酸纤维素溶于有机溶剂中，并加入光引发和交联剂混合均匀得纤维素混合液，倾倒在洁净的玻璃板上，刮涂成设定厚度的纤维素湿膜；然后通过紫外光引发烯丙基纤维素的交联聚合，随后将整个玻璃板浸泡到水相中，通过相转换工艺使得薄膜脱落，在商用LiPF₆电解液中浸泡即得到多孔结构的纤维素凝胶电解质膜，并应用于高容量体系的硫化聚丙烯正极体系中。本发明结合紫外光聚合和相转换工艺的方法，成功制备出多孔结构的环保型纤维素凝胶电解质膜。

技术领域

本发明属于材料合成技术领域，涉及一种用于硫化聚丙烯腈电池体系的纤维素凝胶电解质膜及其制备方法。

背景技术

随着新兴市场应用对更高能量密度二次电池的需求，尤其是混合动力交通工具(PHEV)及纯电动交通工具(PEV)等领域需要二次电池的能量密度要达到300Wh kg^-1。

锂硫电池由于理论能量密度达2600Wh kg^-1，更接近实用化、资源丰富、价格低廉和环境友好等优点而被广泛研究。硫化聚丙烯腈是一种新型的硫正极体系，它有效地解决了锂硫电池中面临的可溶性多硫化锂“穿梭效应”的问题，具有很大的工业化应用前景。

然而，常规电解液在外力作用下容易泄露，并引起燃烧或者爆炸的隐患，固态电解质可以有效防止电解液的泄露问题，但传统固态电解质室温下电导率很低，同时与电极之间的界面阻抗很大，限制了其实际应用。

相比较固态电解质，凝胶电解质与电极之间有较好的界面稳定性，界面阻抗低，而且室温下离子电导率很高，有望替代传统电解液来解决电解液泄露的问题。但目前的凝胶电解质大部分，例如聚氧化乙烯PEO，聚偏氟乙烯－六氟丙烯(PVdF-HFP)都是不可降解的聚合物基体，在后期处理电池或者储能设备时会不可避免地造成环境，因此开发可生物降解的环保型凝胶电解质是当前的电解质的重要发展方向之一。

发明内容

目的：为了克服现有技术中的不足，解决现有商用电解液存在的安全隐患的问题，本发明提供一种用于硫化聚丙烯腈电池体系的纤维素凝胶电解质膜及其制备方法。

技术方案：本发明采用的优选技术方案为：

根据本发明的第一方面，提供一种纤维素凝胶电解质膜的制备方法，包括：

步骤(a)、将烯丙基纤维素和醋酸纤维素按一定比例溶于有机溶剂中，加入光引发剂和交联剂，混合均匀得纤维素混合液；

步骤(b)、将步骤(a)得到的纤维素混合液倾倒在洁净的玻璃板上，刮涂成设定厚度的纤维素湿膜；

步骤(c)、将步骤(b)得到的玻璃板放置于紫外光下照射反应(引发烯丙基纤维素的交联聚合)，将反应结束后的玻璃板浸泡在水相中通过相转换工艺使得纤维素薄膜脱落，冷冻干燥得纤维素膜；

步骤(d)、将步骤(c)得到的纤维素膜在LiPF₆电解液中浸泡，即得到纤维素凝胶电解质膜。

在一些实施例中，步骤(a)中，烯丙基纤维素和醋酸纤维素的质量比为0.5～3；

步骤(a)中，有机溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺DMF、二甲基亚砜DMSO、N-甲基吡咯烷酮NMP，二甲基乙酰胺DMAC中的一种或几种。

交联剂为亚甲基双丙烯酰胺或聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种；

光引发剂为2-羟基-4-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。

在一些实施例中，步骤(b)中，纤维素湿膜的厚度为50～200微米。

在一些实施例中，步骤(c)中，紫外光下照射反应的时间为0.5～5分钟。