[发明专利]一种葡聚糖凝胶界面膜及其制备方法和在固态碱金属/碱土金属电池中的应用

说明书

本发明公开了一种葡聚糖凝胶界面膜及其制备方法和在固态碱金属/碱土金属电池中的应用。将葡聚糖凝胶置于碱金属盐或碱土金属盐电解液中溶胀得到悬浮液，所述悬浮液采用涂布法制膜，干燥，即得葡聚糖凝胶界面膜；该葡聚糖凝胶界面膜用于固态碱金属电池或碱土金属电池，可以简单有效地降低固固界面阻抗，提高电池界面反应速率，获得高性能固态碱金属电池或碱土金属电池。

技术领域

本发明涉及一种固态碱金属/碱土金属电池界面膜材料，尤其涉及一种由葡聚糖凝胶与碱金属盐/碱土金属盐复合而成的葡聚糖凝胶界面膜，还涉及葡聚糖凝胶界面膜在固态碱金属/碱土金属电池中的应用；属于电池材料技术领域。

背景技术

金属离子电池具有高能量密度、高工作电压、长循环寿命、低自放电率、无记忆效应、可快速充放电及环境友好等优点，如锂离子电池在我们生活中已得到广泛应用，未来的发展趋势依旧不可限量。然而，传统的液态锂离子电池中利用隔膜加电解液的构成模式，具有电解液易挥发、隔膜易被刺穿短路等缺点，存在重大隐患。采用固态电解质可以避免电解液的应用，提高安全性能。然而，目前的固态电解质的离子电导率还不能适用于室温固态电池，而且与正负极的界面相容性差，存在着较大的界面阻抗，限制了固态电池的应用。

凝胶电解质的室温离子电导率可达10^-3S/cm，然而，现有的凝胶态聚合物电解质，例如聚氧化乙烯(PEO)系、聚丙烯腈(PAN)系、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系及聚偏氟乙烯(PVDF)系，成本较高，合成工艺复杂，机械强度差，难以满足工业化的需要。

发明内容

针对现有固态碱金属/碱土金属电池存在室温离子电导率低，且与正负极的界面相容性差，存在着较大的界面阻抗等技术问题，本发明的第一个目的是在于提供一种可以改善离子电导率，且提高正负极与固态电解质之间固固相容性，降低界面阻抗的葡聚糖凝胶界面膜。

本发明的第二个目的是在于提供一种操作简单、低成本制备所述聚糖凝胶界面膜的方法。

本发明的第三个目的是在于提供一种聚糖凝胶界面膜的应用，将其用于固体碱金属/碱土金属电池，可以改善离子电导率，且提高正负极与固态电解质之间固固相容性，降低界面阻抗，获得高性能固态碱金属/碱土金属电池。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种葡聚糖凝胶界面膜的制备方法，该方法是将葡聚糖凝胶置于碱金属盐或碱土金属盐电解液中溶胀得到悬浮液，所述悬浮液采用涂布法制膜，干燥，即得。

优选的方案，所述葡聚糖凝胶由葡聚糖和甘油交联形成；所述葡聚糖的平均分子量为1000～100000g/mol，葡聚糖凝胶的交联度为5％～95％。葡聚糖和甘油之间的交联反应为本领域常规醚化过程。较优选的葡聚糖分子量为10000～60000g/mol，较优选的葡聚糖凝胶的交联度为35％～65％。

优选的方案，所述锂盐电解液中掺入弱碱性阴离子交换树脂、弱酸性阳离子交换树脂、硅酸盐矿物、多糖衍生物或含铝、镁、硅以及第四周期金属元素中的至少一种的纳米材料中的至少一种。弱碱性阴离子交换树脂如带伯胺基团的阴离子交换树脂；弱酸性阳离子交换树脂如带羧基基团的阳离子交换树脂，硅酸盐矿物如膨胀蛭石、锂基膨润土等具有离子交换性能的硅酸盐矿物，多糖衍生物如羧甲基纤维素(CMC)、木质纤维素、羧甲基淀粉钠(CMS)等；含铝及除铝以外的如镁、硅、以及第四周期金属元素中的至少一种的一维纳米材料中的至少一种，如勃姆石纤维。这些材料掺杂到葡聚糖凝胶界面膜中，共同形成界面膜，一方面增加机械强度，另一方面提高离子导电率。这些材料在电解液中的添加浓度为5～15％。

优选的方案，所述葡聚糖凝胶的粒径为0.01～150μm。粒径过大成膜较硬，难以有效吸附电解液；粒径过小则太软，难以在有效吸附电解液的条件下，保持膜的状态。优选的葡聚糖凝胶的粒径为20～100μm。