【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂离子电池，特别是一种聚合物凝胶电解质及其制备方法。
技术介绍
1、锂离子电池由于其高能量密度、长循环寿命和环境友好性被认为是最有前途的储能装置；它们已广泛应用于我们的日常生活中。基于碳酸酯的液体电解质是锂离子电池具有高离子电导率和良好界面相容性的原因 。然而，锂离子电池存在严重的安全问题，例如电解质泄漏、热失控和爆炸，这可归因于使用高挥发性和易燃性的液体电解质，以及由此产生的锂枝晶生长。为了解决安全问题，近年来许多研究都集中在固态聚合物电解质上，因为它们具有固态和不可燃性。然而，固态聚合物电解质也存在一些问题，例如高界面电阻和低离子电导率。相比之下，凝胶聚合物电解质结合了固态聚合物电解质和液体电解质的优点，被认为是提高锂离子电池安全性的实用替代品。
2、在凝胶聚合物电解质中，以高分子量聚合物作为骨架，确保良好的机械强度、高热稳定性和优异的电化学稳定性；同时，液体电解质可以塑化聚合物，赋予凝胶聚合物电解质高离子电导率。在过去几十年中，几种典型的凝胶聚合物基质如聚环氧乙烷 (peo)、聚丙烯腈 (pan) 和聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)，已被广泛调查；其中，聚环氧乙烷及其衍生物因其分子中存在离子传输基团，即醚键（-c-o-c-）而受到广泛关注。然而，一方面，传统的凝胶聚合物电解质在室温下通常具有相对较低的 li+迁移数；另一方面，这些合成聚合物的生产和使用往往会对环境产生负面影响，这就阻碍了凝胶聚合物电解质的进一步商业化应用。因此，研究出以通过简单且低成本的方法获得具有优异锂离子传输性能的环境友好型凝胶聚
3、目前，已有采用高分子作为凝胶聚合物基质的电解液制备技术，例如中国公开专利cn 112574369 a中记载了一种用于锂离子电池的聚乙二醇改性纤维素凝胶聚合物电解质的制备方法；，通过碳碳双键聚合的方式来接枝反应，再利用光引发来诱导纤维素接枝聚乙二醇，改变光照次数和时间来控制改性纤维素中接枝peg的量，同时，通过peg接枝度的调控，可以得到具有优异的电化学性能，以及出色的循环稳定性的纤维素基凝胶聚合物电解质。
4、为了扩展环保型高分子材料在新能源电池领域的应用，考虑采用其他环保型高分子材料以替换大分子纤维素。壳聚糖和纤维素一样属于天然高分子多糖，但是壳聚糖中亲水性氨基和氢键的存在，导致壳聚糖的溶解性差，对液体有机电解质的亲和力差。直接将其替换纤维素以制备环保共高分子凝胶聚合物电解质较为困难，且目前的高分子基凝胶聚合物电解质还普遍存在离子电导率较低、循环性能差的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种聚合物凝胶电解质及其制备方法。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
3、一种聚合物凝胶电解质的制备方法，具体包括如下步骤：
4、1）制备丙烯基改性壳聚糖；
5、2）制备聚乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯化壳聚糖：将步骤1）获得的丙烯基改性壳聚糖溶解于酸性溶液中，并在紫外线辐射下，加入引发剂和乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯进行反应，反应结束后，用碱性溶液中和，获得沉淀物，经洗涤、离心、冷冻干燥后即得聚乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯化壳聚糖；
6、3）制备聚乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯化壳聚糖聚合物凝胶电解质：将步骤2）获得的聚乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯化壳聚糖制成干燥薄膜，并浸入电解液，待电解液吸收后即得聚合物凝胶电解质薄膜；
7、所述步骤1）的具体步骤为：
8、s1：将壳聚糖粉末溶解到碱性溶液中，在-50℃～-30℃下放置过夜；
9、s2：将冷冻的壳聚糖溶液解冻并在室温下搅拌直到溶解得到澄清的壳聚糖溶液；
10、s3：将烯丙基氯缓慢加入壳聚糖溶液中，并在黑暗中连续搅拌；
11、s4：用酸性溶液中和s3搅拌后的溶液，至ph达到7±0.5；并用丙酮沉淀得到乳白色絮状丙烯基改性壳聚糖；
12、s5：去离子水洗涤，冷冻干燥得到丙烯基改性壳聚糖；
13、所述步骤s1中，碱性溶液为质量比为4～5: 6～8: 7～9:80～90的氢氧化锂、氢氧化钾、尿素、去离子水的溶液；所述步骤s4中，酸性溶液为浓盐酸；
14、所述步骤2）中，溶解丙烯基改性壳聚糖的酸性溶液为乙酸溶液；反应结束后中和的碱性溶液为氢氧化钠溶液；
15、所述步骤2）中，引发剂为溶解于二甲基亚砜的光引发剂 i2959；
16、所述步骤3）中，将步骤2）获得的聚乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯化壳聚糖溶解在亚甲基亚砜溶液中，然后浇铸在模具中，干燥、冲压成型，即得干燥薄膜；
17、所述步骤3）中，电解液为：0.5～1.5mol/l litfsi的dmc/ec；dmc：ec= 1:1；
18、所述步骤3）中，干燥薄膜厚度为20μm～30μm，凝胶电解质薄膜的厚度为70μm～80μm。
19、本专利技术还提供一种聚合物凝胶电解质，采用上述的聚合物凝胶电解质的制备方法制备得到；所述的聚合物凝胶电解质用于锂离子电池。
20、本专利技术具有以下优点：
21、1、本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种凝胶聚合物电解质及其制备方法，使用简单的紫外线诱导反应，设计和制备聚乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯化壳聚糖作为锂离子电池的凝胶聚合物电解质的聚合物基质。聚乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯化壳聚糖对有机液体电解质保持良好的亲和力，使得基于壳聚糖的有机凝胶聚合物电解质成为可能并适用于锂离子电池。此外，乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯的醚键与锂离子的络合赋予了壳聚糖基质快速传输锂离子的能力；乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯的苯环还增加了凝胶聚合物电解质的机械强度。因此，通过接枝乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯分子改性的壳聚糖，凝胶聚合物电解质薄膜表现出良好的性能，其在环境温度下具有高离子电导率和锂离子迁移数。
22、2、本专利技术以廉价且可持续的壳聚糖作为原料，使用简单且低成本的接枝反应成功设计和合成了聚乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯化壳聚糖聚合物凝胶电解质，组装的纽扣电池实现了1.31×10-3s/cm的离子电导率，室温下锂离子迁移数为 0.918。此外，组装的纽扣电池在室温下的初始放电容量可以达到158 ma/hg；其长循环性能值得进一步探索。因此，本专利技术设计的凝胶电解质在储能领域具有广阔的应用前景，有望进一步替代液态电解质的使用，解决与之相关的安全问题。
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1.一种聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤1）的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，碱性溶液为质量比为4～5: 6～8: 7～9:80～90的氢氧化锂、氢氧化钾、尿素、去离子水的溶液；所述步骤S4中，酸性溶液为浓盐酸。
4.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，溶解丙烯基改性壳聚糖的酸性溶液为乙酸溶液；反应结束后中和的碱性溶液为氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，引发剂为溶解于二甲基亚砜的光引发剂 I2959。
6.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，紫外线辐射时间为120s～480s。
7.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，将步骤2）获得的聚乙二醇苯基醚甲基丙烯酸酯化壳聚糖溶解在亚
8.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，电解液为：0.5～1.5mol/L LiTFSI的DMC/EC；DMC：EC= 1:1。
9.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，干燥薄膜厚度为20μm～30μm，凝胶电解质薄膜的厚度为70μm～80μm。
10.一种聚合物凝胶电解质，其特征在于：采用权利要求1-9中任一项所述的聚合物凝胶电解质的制备方法制备得到；所述的聚合物凝胶电解质用于锂离子电池。
...【技术特征摘要】
1.一种聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤1）的具体步骤为：
3.根据权利要求2所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，碱性溶液为质量比为4～5: 6～8: 7～9:80～90的氢氧化锂、氢氧化钾、尿素、去离子水的溶液；所述步骤s4中，酸性溶液为浓盐酸。
4.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，溶解丙烯基改性壳聚糖的酸性溶液为乙酸溶液；反应结束后中和的碱性溶液为氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，引发剂为溶解于二甲基亚砜的光引发剂 i2959。
6.根据权利要求1所述的聚合物凝胶电解质的制备方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵俊华，孔东波，司雅楠，王亚洲，韩飞，宋东亮，施艳霞，李渠成，张利娟，李海杰，郭飞，闫志卫，王郝为，闫国锋，
申请(专利权)人：河南省法恩莱特新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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