一种高电导率的纸质锂离子电池固态电解质的制备方法与流程

本发明涉及一种锂离子电池中聚合物电解质隔膜的制备方法。

背景技术：

锂电池的隔膜是锂电池一个重要的组成部分，它提供锂离子的传输通道，也起到隔绝正极片与负极片防止短路的作用。离子电导率，代表了离子传输能力的强弱，为聚合物电解质隔膜的重要参数。然而，新一代的聚合物电解质薄膜，其室温下电导率偏低，无法满足使用需要。因此，如何提高聚合物电解质薄膜在室温下的电导率，是聚合物电解质隔膜领域中一个亟待解决的问题。

目前商业化电池隔膜主要是聚烯烃类的隔膜。聚烯烃类的隔膜的疏液性与较低的表面能，会导致隔膜的浸润性较差，虽然通过聚合物包覆、表面接枝与复合无机粒子等方法可以提高聚烯烃类的隔膜的浸润性，但是因为复杂的制造工艺导致锂离子电池的成本较高，严重限制了动力锂离子电池的发展。而且聚烯烃类的隔膜组装成的电池的安全性能也比较低，回收后降解难度大，同时聚烯烃原料的成本与资源问题，也使得未来锂离子电池的生产有着不小的阻碍。所以开发出一种高性能的，绿色环保的，成本低廉的，资源丰富的锂离子电池隔膜，是电池隔膜未来的主要研究目标之一。

纸浆的主要成分为纤维素，纤维素是构成植物细胞的基本组成，且存在于所有植物当中，也是自然界中的最为丰富的可再生资源。现如今随着科学技术的高速发展，以及世界各国对环境污染的问题的日益重视和关注，对于可再生、可降解新材料的需求也日益提高，毫无疑问，纤维素资源将会是很好的原料，它不仅价格低廉、还来源非常广泛，且绿色环保，可以作为一种可持续发展的资源来开发和研究。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决聚合物电解质安全性能较低，回收后降解难度大，成本较高等问题，本发明以软纸为基底，聚乙二醇作为添加剂，利用单因素试验，有效获得一种高电导率的纸质锂离子电池固态电解质的制备方法。

一种高电导率的纸质锂离子电池固态电解质的制备方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：

步骤一：将0.7g软纸剪碎，分散在10ml冰乙酸中，静置24小时。

步骤二：称取1.7g聚乙二醇，添加到混合物中，搅拌4小时。

步骤三：向混合物中加入0.48g的氢氧化锂，搅拌2小时，直至混合物均匀稳定。

步骤四：将搅拌好的聚合物电解质浇筑于干净的玻璃板上，将玻璃板放入鼓风干燥箱中，于60℃下烘干5小时。

步骤五：取出玻璃板，将其放入真空干燥箱中，于120℃下烘干2小时后成膜，取出。

附图说明

图1本发明的具体实施方式一中软纸分散图。

图2为本发明的具体实施方式一中纸浆溶解图。

图3为本发明的具体实施方式一中纸质固态电解质外观图。

图4为本发明的具体实施方式二中聚乙二醇的红外光谱图。

图5为本发明的具体实施方式二中软纸的红外光谱图。

图6为本发明的具体实施方式二中纸质固态电解质红外光谱图。

图7为本发明的具体实施方式三中纸质固态电解质阻抗图。

图8为本发明的具体实施方式四中纸质固态电解质热重曲线图。

具体实施方式

下面结合最佳的实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于以下实施例。

具体实施方式一：本实施方式的一种高电导率的纸质锂离子电池固态电解质的制备方法是按照以下步骤进行的：

步骤一：将0.7g软纸剪碎，分散在10ml冰乙酸中，静置24小时。

步骤二：称取1.7g聚乙二醇，添加到混合物中，搅拌4小时。

步骤三：向混合物中加入0.48g的氢氧化锂，搅拌2小时，直至混合物均匀稳定。

步骤四：将搅拌好的聚合物电解质浇筑于干净的玻璃板上，将玻璃板放入鼓风干燥箱中，于60℃下烘干5小时。

步骤五：取出玻璃板，将其放入真空干燥箱中，于120℃下烘干2小时后成膜，取出。

本实施方式在称量瓶中进行，避免了溶剂的不必要挥发，也避免杂质对聚合物电解质的污染。

目前商业化电池隔膜主要是聚烯烃类的隔膜，然而，聚烯烃类的隔膜组装成的电池的安全性能也比较低，回收后降解难度大。于此同时，聚烯烃原料的成本日益增加，资源日益减少，也使得未来锂离子电池的生产有着不小的阻碍。所以开发出一种高性能的，绿色环保的，成本低廉的，资源丰富的锂离子电池隔膜，是电池隔膜未来的主要研究目标之一。

本发明特别选取了软纸作为聚合物电解质的基底，它不仅价格低廉、还来源非常广泛，且绿色环保，是锂离子电池中聚合物电解质隔膜的优良材料。聚乙二醇是由乙二醇与环氧乙烷的加成产物组成的，是一种无毒，易降解的稳定聚合物材料。二者的混合，使得电解质隔膜同时具备了纸浆的可降解性，有拥有了聚乙二醇优秀的电化学稳定性。制备的聚合物电解质隔膜，不仅价格低廉，绿色环保，同时也通过共混过程，降低了聚合物电解质的结晶度，从而提升了聚合物电解质的电导率。

从图1可以观测到，软纸裁剪大小均一，均匀的分散在冰乙酸溶液中。

从图2可以观测到，经过静置与搅拌，软纸完全溶解，变为纸浆，呈白色悬浊态。

从图3可以观测到，纸质聚合物电解质薄膜质地较为均匀，呈白色。

从图4可以观测到，3432cm^-1是-oh伸缩振动吸收峰，1342cm^-1对应-ch3的对称变形振动，2888cm^-1对应-ch2-的对称伸缩振动，1242cm^-1对应-c-o-c-的不对称收缩振动，1109cm^-1对应-c-o-c-的对称收缩振动，962cm^-1对应-c-o-c-的面内变形振动，842cm^-1对应-ch2ch2o-的面内变形振动。

从图5可以观测到，1705cm^-1对应的是纤维素中的c=o伸缩振动。

从图6可以观测到，3441cm^-1对应peg的-oh的伸缩振动，2875cm^-1对应peg的-ch3，1110cm^-1对应peg中-c-o-c-的对称收缩振动，962cm^-1对应peg中-c-o-c-的面内变形振动-ch2-中的c-h伸缩振动，830cm^-1对应peg中-ch2ch2o-的面内变形振动。

从图7可以观测到，聚合物电解质的电阻较小，电导率经由计算，可达2.28×10^-3s/cm。

从图8可以观测到，电解质薄膜在110℃开始分解，完全分解温度为800℃，其热稳定性良好。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：对一种高电导率的纸质锂离子电池固态电解质的制备方法的进一步说明，红外光谱的测试，是将样品粉末与溴化钾共混压片，将待测片置于avatar370ft-ir型号的仪器上测试所得。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：对一种高电导率的纸质锂离子电池固态电解质的制备方法的进一步说明，阻抗测试，是将样品夹置于两个钢片中间，使用电化学工作站chi760e对其进行检测。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：对一种高电导率的纸质锂离子电池固态电解质的制备方法的进一步说明，热重测试，是将样品裁剪为1cm×3cm的长方形形状，使用tga/sdta851^e型号的热重分析仪对其进行检测。其它与具体实施方式一至三之一相同。