[发明专利]一种锂离子电池用淀粉基聚合物电解质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池用淀粉基聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是现今最具有发展潜力的二次电池之一，具有工作电压高、能量密度高、充放电寿命长、自放电小、体积小、无记忆效应、绿色环保等特点。虽然目前锂离子电池已在军事国防、电动汽车、便携式数码设备等多个领域得到广泛的应用，但同时也对其性能的要求也越来越高，尤其是在安全性、比能量、高低温性能和循环稳定性方面的缺陷还有待改善和提高。随着人们对锂离子电池的重视和发展，锂离子电池的负极材料的选择和制备工艺已经比较成熟，而在正极材料、电解质材料和隔膜材料的选择和制备还有诸多的缺陷需要改善和提高。

用于锂离子电池的聚合物电解质主要要满足以下要求：首先要具有较高的离子电导率。为了能达到液体电解质体系具有的10^-3A/cm²的放电电流密度的水平，聚合物电解质的室温电导率必须达到或接近10^-5S/cm的水平；其次要具有一定的机械强度，可加工性能是实际生产时要考虑的最重要的因素，虽然有很多电解质可以做成自撑膜，而且也具有很好的电化学性能，但它们的机械强度还有待提高，以适应传统的大规模涂层加工过程；再次要具有较高的锂离子迁移数。高的锂离子迁移数可以降低充放电过程中的浓度极化，从而使锂离子电池有更高的能量密度。目前锂离子电池所使用的电解质基本上是含锂盐的非水电解液，存在着锂离子导电率低，机械强度差的缺陷，且不能降解，而淀粉作为现今最有前景的生物高分子材料之一，具有活性基团多，可成膜，可降解，可再生等诸多优点，具有性能和价格上的优势，是今后发展的趋势之一。

中国专利公开号CN103441300A公开了含有天然高分子材料的凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用，该发明中使用淀粉等天然高分子材料作为基体材料，再混合以锂盐等化合物制成凝胶聚合物电解质，该种凝胶电解质不但具有安全性能好、与电极材料相容性很好、循环性和倍率性能优良的特点，而且生物相容性好、可降解、环境友好的特点，但由于该方法中仅对淀粉等生物高分子材料进行了简单的改性处理，能与锂离子络合的基团数量少，也没有为锂离子迁移提供通道，因而存在锂离子迁移数低、离子电导率低、机械强度差的缺陷。 

中国专利公开号CN103155267A公开了一种淀粉基电池系统。该发明中使用经过处理的淀粉作为电池系统的电解质，该电池放电性能优异，安全可靠，环保无毒，但由于该电池系统中使用的淀粉电解质只是进行了简单的揉捏交联处理，因此该淀粉电解质中能与锂离子络合的基团数量少，造成锂离子迁移数低的缺陷，也没有为锂离子迁移提供通道，造成离子电导率也较低。

根据上述，将淀粉经过一定的处理也能作为聚合物电解质的基体材料，在锂电池储能上也可以得到利用。目前使用淀粉制备聚合物电解质都是只对淀粉做了简单的改性处理，制得的淀粉聚合物电解质存在机械强度差，锂离子迁移数低，离子电导率低的缺陷。

发明内容

针对目前淀粉聚合物电解质存在的离子电导率较低，锂离子迁移数低，机械强度差的缺陷提出了一种锂离子电池用淀粉基聚合物电解质及其制备方法，为实现上述目的，本发明将多孔淀粉先进行预糊化处理，然后在促凝剂和造孔剂的作用下制成多孔的淀粉膜，该淀粉膜不仅膜上具有多孔结构，而且组成膜的淀粉颗粒内部也存在多孔结构；再将具有能与锂离子络合的基团接枝在多孔淀粉膜具有的两种孔的孔壁上，最后浸入锂盐的溶液中进行络合反应，取出经过干燥制得一种锂电池用淀粉基聚合物电解质膜，该聚合物电解质不仅具有很高离子电导率和可迁移锂离子密度，而且力学性能优异，生产成本低。

本发明一种锂离子电池用淀粉基聚合物电解质及其制备方法，其特征在于其各组分按重量份计为：

多孔淀粉         65-80份，

氢氧化钠           2-4份，

促凝剂             2-5份，

造孔剂            5-10份，

改性剂             3-5份，

锂盐溶液           5-10份，