一种细菌纤维素膜界面改性的电解质膜及其制备方法与应用与流程

本发明涉及锂电池电解质材料，具体涉及一种细菌纤维素膜界面改性的电解质膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、锂二次电池是一种环境友好，可再生新能源存储装置，近年来在手机、新能源汽车中广泛应用。锂二次电池分为液态电池和固态电池，其中液态电池的电解质为液态，由于液态电解质同时传输锂离子和电子(不能阻隔电子)，因此在液态电池的内部需要放置隔膜，阻隔电子在电池内部的传输，以避免电池发生短路。

2、对于固态电池，固态电池使用固态电解质，固态电解质通常由既可以传输锂离子又可以阻隔电子的固态材料制成，因而固态电解质可以同时充当电解质和隔膜使用。

3、近年来，研究学者们提出了一种新型固态电解质(电解质膜)，通过将导电材料与隔膜材料复合(由导电材料传输锂离子，由隔膜材料阻隔电子)，形成一种膜状的固态电解质(电解质膜)。但现有的电解质膜通常以聚烯烃作为隔膜材料，其熔点低，高温下易发生形变，引起正负极接触而发生短路。此外，现有电解质膜还通常以无机氧化物陶瓷材料作为导电材料，其存在离子电导率低、与电极接触性差、与电极材料兼容性差的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述现有电解质膜存在的技术问题，提供一种细菌纤维素膜界面改性的电解质膜及其制备方法与应用。

2、为了达到上述目的，本发明提供了一种细菌纤维素膜界面改性的电解质膜，包括：细菌纤维素膜、渗入所述细菌纤维素膜内部的液体电解质、及涂覆在所述细菌纤维素膜表面的纳米涂层；所述细菌纤维素膜的内部呈纤维网状结构，所述液体电解质附着在该纤维网状结构上；所述纳米涂层包括：绝缘纳米颗粒，及包覆在所述绝缘纳米颗粒外部的凝胶电解质；所述凝胶电解质由所述液体电解质和聚合物混合形成。

3、可选的，所述绝缘纳米颗粒由酯类有机物通过原位溶胶-凝胶反应水解生成；所述酯类有机物包括钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、铝酸三甲酯、仲丁醇铝、锆酸四丁酯、四正丙基锆酸酯中的一种或多种。

4、可选的，所述绝缘纳米颗粒的粒径为5nm～100nm。

5、可选的，所述液体电解质为锂盐和离子液体的混合溶液。所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双氟草酸硼酸锂中的一种或多种。所述离子液体包括n-甲基，丙基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基，丙基吡咯烷双氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基，丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基，丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基，丙基哌啶双氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基，丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐和1-丁基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种。

6、可选的，所述聚合物包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种。

7、本发明还提供了上述细菌纤维素膜界面改性的电解质膜的制备方法，包括：

8、步骤s1，将锂盐与离子液体混合得到液体电解质；

9、步骤s2，将所述液体电解质、酯类有机物和聚合物混合，向其中加入甲酸混匀，得到纳米涂层浆料；

10、步骤s3，提供一细菌纤维素膜，将所述纳米涂层浆料涂覆至所述细菌纤维素膜表面，静置固化后，至少部分所述液体电解质渗入所述细菌纤维素膜内部，得到所述细菌纤维素膜界面改性的电解质膜。

11、可选的，液体电解质、酯类有机物和聚合物的摩尔比为1:1:1。

12、本发明还提供了上述细菌纤维素膜界面改性的电解质膜在锂二次电池中的应用。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、(1)高温作业稳定：

15、本发明提供的电解质膜以细菌纤维素膜作为隔膜材料，细菌纤维素膜本身具备高热稳定性和良好的机械强度，本发明以其作为电解质膜的隔膜材料，能够解决现有聚烯烃材料的电解质膜高温易形变，导致电池高温易短路的问题。

16、(2)离子电导率高：

17、①本发明细菌纤维素膜的内部呈纤维网状结构，液体电解质附着在该纤维网状结构上，以该纤维网状结构为固体骨架，在细菌纤维素膜的内部形成连续的离子通道，锂离子沿着该离子通道进行有序的离子传输，从而提高锂离子在细菌纤维素膜内部的迁移速率，提高电解质膜的离子电导率。

18、②本发明细菌纤维素膜的表面涂有纳米涂层，该纳米涂层由绝缘纳米颗粒及凝胶电解质组成，所述凝胶电解质包覆在所述绝缘纳米颗粒的外部。在微观结构上，绝缘纳米颗粒之间紧密堆叠，使所述凝胶电解质能够以所述绝缘纳米颗粒为载体呈现连续的分布，形成连续的离子通道，锂离子沿着该离子通道进行有序的离子传输，从而提高锂离子在纳米涂层内部的迁移速率，提高电解质膜的离子电导率。

19、(3)与电极兼容性好、粘合度高：

20、本发明在使用时通过纳米涂层与电池电极接触，该纳米涂层中含有凝胶电解质，凝胶电解质质软、且有一定粘性，从而构建了一种与电极接触的软界面，并易于粘合到电极上，使本发明的电解质膜能够与电池电极紧密接触，提高本发明的电解质膜与电池电极的兼容性、粘合度。

技术特征：

1.一种细菌纤维素膜界面改性的电解质膜，其特征在于，包括：细菌纤维素膜、渗入所述细菌纤维素膜内部的液体电解质、及涂覆在所述细菌纤维素膜表面的纳米涂层；

2.如权利要求1所述的细菌纤维素膜界面改性的电解质膜，其特征在于，所述绝缘纳米颗粒由酯类有机物通过原位溶胶-凝胶反应水解生成；所述酯类有机物包括钛酸四乙酯、钛酸四丁酯、铝酸三甲酯、仲丁醇铝、锆酸四丁酯、四正丙基锆酸酯中的一种或多种。

3.如权利要求2所述的细菌纤维素膜界面改性的电解质膜，其特征在于，所述绝缘纳米颗粒的粒径为5nm～100nm。

4.如权利要求1所述的细菌纤维素膜界面改性的电解质膜，其特征在于，所述液体电解质为锂盐和离子液体的混合溶液。

5.如权利要求4所述的细菌纤维素膜界面改性的电解质膜，其特征在于，所述锂盐包括六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂、双氟草酸硼酸锂中的一种或多种。

6.如权利要求4所述的细菌纤维素膜界面改性的电解质膜，其特征在于，所述离子液体包括n-甲基，丙基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基，丙基吡咯烷双氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基，丁基吡咯烷双三氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基，丙基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基，丙基哌啶双氟甲磺酰亚胺盐、n-甲基，丁基哌啶双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐、1-乙基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐、1-丙基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐和1-丁基-3-甲基咪唑双氟甲磺酰亚胺盐中的一种或多种。

7.如权利要求1所述的细菌纤维素膜界面改性的电解质膜，其特征在于，所述聚合物包括聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物中的一种或多种。

8.权利要求1-7任意一项所述的细菌纤维素膜界面改性的电解质膜的制备方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，液体电解质、酯类有机物和聚合物的摩尔比为1:1:1。

10.权利要求1-7任意一项所述的细菌纤维素膜界面改性的电解质膜在锂二次电池中的应用。

技术总结本发明公开了一种细菌纤维素膜界面改性的电解质膜，包括：细菌纤维素膜、渗入所述细菌纤维素膜内部的液体电解质、及涂覆在所述细菌纤维素膜表面的纳米涂层；所述细菌纤维素膜的内部呈纤维网状结构，所述液体电解质附着在该纤维网状结构上。所述纳米涂层包括：绝缘纳米颗粒，及包覆在所述绝缘纳米颗粒外部的凝胶电解质；所述凝胶电解质由所述液体电解质和聚合物混合形成。所述凝胶电解质以绝缘纳米颗粒为载体，在纳米涂层中呈连续分布，形成连续的离子通道，锂离子沿着该离子通道进行有序的离子传输，提高纳米涂层的离子电导率。同时，本发明在使用时通过纳米涂层与电池电极接触，纳米涂层中含有凝胶电解质，凝胶电解质质软、且有一定粘性，从而构建了一种与电极接触的软界面，并易于粘合到电极上，使本发明的电解质膜能够与电池电极紧密接触，有效降低界面阻抗。技术研发人员：屈雯洁,宋缙华,李张峰,雷东岭,吴孟遥,韩潇璐,王可受保护的技术使用者：上海空间电源研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/20