[发明专利]一种镁离子电池用凝胶聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镁离子电池用凝胶聚合物电解质及其制备方法，属于镁离子电池技术领域。本发明所述的镁离子电池用凝胶聚合物电解质的制备方法包括：纤维素与丙烯腈反应得到改性纤维素MC；将改性纤维素MC溶解于有机溶剂中形成均一稳定的MC铸膜液，将MC铸膜液涂覆在玻璃板上，浸泡在凝固浴中，待膜成型脱落后，干燥得改性纤维素膜；将步骤S2得到的改性纤维素膜在LX‑144电解液浸泡活化，进行凝胶化，制备得到凝胶聚合物电解质。本发明提供的方法制备的高性能镁离子电池用凝胶聚合物电解质具有电导率高、电化学性能优异等一系列优点，可以显著提高镁离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于镁离子电池技术领域，具体涉及一种镁离子电池用凝胶聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，对能源装置的安全性及能量密度提出了更高的要求，尤其是在可移动电子设备、电动汽车和大规模储能等领域。然而，锂离子电池长期受锂资源匮乏及安全性等问题的困扰，近年来更加饱受争议，因此发展低成本和高安全的新型二次电池化学势在必行。在元素周期表中，镁与锂处于对角线位置，具有相似的化学性质，且在地壳中含量更加丰富，远高于锂元素，所以镁离子电池的原材料更便宜；同时，金属镁负极得益于2e^-的反应机制，体积比容量高达3833mAh cm^-3，远远高于金属锂(2046mAh cm^-3)；金属镁的化学活性较低，在空气中制备和处理镁金属电极相对安全，这就大大提高了化学电源的安全性。因此，镁离子电池被认为是未来替代锂离子电池的理想替换产品之一，受到科学家的广泛关注。

然而，由于镁盐和极性非质子溶剂组成的电解液容易在镁负极表面形成不导电的钝化膜，镁离子难以迁移，阻碍了进一步的镁沉积/溶解反应。因此，非常有必要寻找一种与Mg负极兼容且不在Mg负极表面形成钝化层的电解质。迄今为止，研究者已经对能够可逆沉积/溶解Mg²⁺的液态电解液进行了广泛的探索，如格氏试剂类电解液/硼系电解质/双(三氟甲烷磺基)镁酰亚胺基电解质等。上述电解液中所采用的有机溶剂均为醚类溶剂，这也是迄今为止唯一被证明不与镁负极形成钝化膜的溶剂。

与上述液态电解液相比，聚合物电解质因其安全性高/电压窗口宽/柔韧性好等优点而受到越来越多研究者的广泛关注。凝胶聚合物电解质结合了固态电解质和液态电解液的优点，成为一种非常有应用前景的电解质。近年来，已报道了一些镁离子电池用凝胶聚合物电解质，其中大部分以聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈为聚合物基体。然而，这些凝胶聚合物电解质在镁离子电池中并没有表现出良好的电化学性能。因此，探索新型的凝胶聚合物电解质对于实现稳定、长寿命的镁离子电池具有重要意义。同时，上述聚合物电解质基体的主要来源依赖于日益减少的化石燃料，具有不可持续、不可生物降解等缺点，随着镁离子电池市场的逐步扩大，有可能造成较大的环境污染问题，不符合当今绿色发展的理念。

为了解决上述问题，生物质基聚合物电解质因其具有低成本、高热稳定性/优异的机械强度和良好的电化学性能而受到广泛关注，其对能源存储系统的可持续发展具有极大的推动作用。然而，天然高分子材料表面含有许多极性官能团，而这些官能团在材料自组装成膜时容易形成氢键，进而形成致密的生物质膜，不利于镁离子的传输。因此，设计并制备一种高性能的镁离子电池用生物基凝胶聚合物电解质仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种镁离子电池用凝胶聚合物电解质及其制备方法，该镁离子电池用凝胶聚合物电解质具有良好电化学性能。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种凝胶聚合物电解质的制备方法，包括：

步骤S1.改性纤维素(Modified cellulose，简称为MC)的制备：纤维素与丙烯腈反应得到改性纤维素MC；