[发明专利]一种基于细菌纤维素的三维网络聚合物凝胶电解质膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于细菌纤维素的三维网络聚合物凝胶电解质膜的制备方法，包括：将细菌纤维素干膜置于水中加热，得到细菌纤维素水凝胶膜；将细菌纤维素水凝胶膜浸泡于醇溶剂中，进行第一次恒温静置，得到细菌纤维素醇凝胶膜；将细菌纤维素醇凝胶膜浸入水中，进行第二次恒温静置，得到提纯的细菌纤维素水凝胶膜；将提纯的细菌纤维素水凝胶膜快速冷冻后，依次经恒温低压干燥、真空恒温干燥得到细菌纤维素基三维网络聚合物多孔膜；以及将细菌纤维素基三维网络聚合物多孔膜浸入液态电解液中，吸附至饱和，得到细菌纤维素基三维网络聚合物凝胶电解质膜。本发明的制备方法工艺简便、成本低、效率高。

技术领域

本发明属于锂二次电池用聚合物凝胶电解质领域，尤其涉及基于细菌纤维素的三维网络聚合物凝胶电解质的制备方法、由该制备方法制备得到的凝胶电解质膜及含有该凝胶电解质膜的锂离子电池。

背景技术

当今社会，科技日新月异，经济迅猛发展，同时环境污染与能源短缺问题也日益加剧，引起全球各界广泛关注。为应对环境与能源危机，开发和使用清洁能源变得十分迫切。能源的存储是清洁能源使用过程中的重要环节，因此开发和研究高比能量电化学储能技术变得十分具有现实意义。

商业锂离子电池采用石墨特征碳材料作为负极，其理论比容量仅为372mAhg^-1，而金属锂的理论比容量高达3860mAhg^-1，是一种质量比能量极高的负极材料。尽管如此，金属锂始终无法大规模应用于商业锂电池中，限制金属锂应用的主要问题包括两个方面：(1)在充放电过程中，金属锂负极与电解液界面上不断发生SEI膜的生成和破裂过程，致使电池界面阻抗不断增大，电解液不断消耗，电池在充放电过程中的库伦效率不断衰减；(2)锂负极表面化学环境不均匀，导致锂离子在沉积过程中不均匀生长，产生大量锂枝晶和“死锂”，快速生长的枝晶易穿透电池隔膜导致电池内部短路，引发电池燃烧及爆炸等安全事故。

有研究表明使用固态聚合物电解质取代传统液态电解液能够有效抑制锂枝晶的生长。然而，固态聚合物电解质存在离子电导率低、界面相容性差的问题。从1982年至今，研究中常利用无机填料复合的方法来降低聚合物电解质的结晶度，从而增加离子电导率，但其研究结果并不理想，例如Kwang-Sun Ji等人利用纳米级SiO₂颗粒对PEO基固态聚合物电解质进行复合改性，通过调节SiO₂颗粒的质量分数得到一个电导率的最佳值，表明SiO₂颗粒的复合确实能够提升PEO固态聚合物电解质的电导率，但是其在25℃下的离子电导率仍然仅为2.3×10^-5S cm^-1，远低于电池工作时电解质所须达到的离子电导率(K.-S.Ji,etl.Journal of Power Sources,2003,117,124-130.)。关于填料改性固态聚合物电解质的报道有很多，但所得到的离子电导率均不理想，结果大同小异(X.T.Fu,etl.Crystengcomm,2016,18, 4236-4258.)。