一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种PVDF‑HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的制备方法，包括配制木质纤维素悬浮液；制备木质纤维素膜；配制PVDF‑HFP溶液；制备PVDF‑HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜；制备PVDF‑HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜。本发明专利技术通过简单的工艺，综合两种单体优异的物理化学性能，制备出PVDF‑HFP复合木质纤维素的聚合物电解质膜，所制得的聚合物电解质膜综合了木质纤维素和PVDF‑HFP优异的电化学性能，同时复合膜的机械强度得到提升，另外，相比于当前普遍应用的有机液体电解质，PVDF‑HFP复合木质纤维素的凝胶聚合物电解质膜具有更高的安全性，且与目前常用的聚合物基体相比，还具有较高的离子电导率和锂离子迁移数。

【技术实现步骤摘要】
一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜及其制备方法
本专利技术属于电化学领域，具体涉及一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜及其制备方法。
技术介绍
随着便携式电子设备的显著发展，人们对锂离子电池(LIBs)的需求日益增加。锂离子电池因其具有更高的输出电压、更大的比容量和更长的循环寿命等优点，目前已经广泛应用于手机、数码相机、笔记本电脑等许多便携式电力设备。但是，锂离子电池中易挥发、易燃、易爆的有机电解液仍然是制约锂离子电池安全的主要因素。尽管液体电解质具有成本低、离子电导率高、与电极相容性好等优点，但是液体电解质带来的泄漏、燃烧和爆炸等安全问题不容忽视。为了解决这一问题，人们通过结合聚合物隔膜与液体电解质制备出凝胶聚合物电解质。与固体电解质和液体电解质相比，凝胶聚合物电解质具有电压高、比容量大、循环寿命长、充放电快、体积小、厚度薄等优点。同时，凝胶聚合物电解质兼顾了液体电解质的高导电性和固体电解质的安全性，因此，凝胶聚合物电解质是近年来发展的主要焦点。许多聚合物，如聚氧乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚偏氟乙烯(PVDF)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP-HFP)已经被用作聚合物电解质的基质。木质纤维素作为一种天然高分子材料，全世界年产量为5000万吨，但是年使用量不足10％。近年来，已有研究报道了基于木质纤维素的凝胶电解质，该电解质膜的制备过程简单、具有优异的电化学性能，但是机械强度相对较弱，不能满足LIBs的实际应用。由于PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯)隔膜具有良好的润湿性，较高的熔融温度，较高的吸液率以及与电解液具有很强的亲和性等优点，聚合物PVDF-HFP不仅作为传统电解质材料供锂离子传输的功能，还作为隔膜阻隔使阴极和阳极。因此，PVDF-HFP被认为是最有前途的凝胶聚合物电解质材料。然而，使用静电纺丝方式制备的电解质膜机械强度差、吸液率低、制备效率低、时间长、能耗大(需要高压)，且不适合大面积生产，不利于工业化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的制备方法，包括以下步骤：配制木质纤维素悬浮液：混合木质纤维素和去离子水，并进行超声破碎，获得混合均匀的木质纤维素悬浮液，其中，所述木质纤维素和所述去离子水的质量比为1:100～150；制备木质纤维素膜：将所述木质纤维素悬浮液进行干燥处理，获得木质纤维素膜；配制PVDF-HFP溶液：混合PVDF-HFP和N，N-二甲基甲酰胺，并进行搅拌处理，获得透明均匀的PVDF-HFP溶液，其中，PVDF-HFP的质量分数为9％～25％；制备PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜：以所述木质纤维素膜作为基底，利用所述PVDF-HFP溶液进行复合成膜，干燥处理后获得所述PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜。制备PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜：将所述PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜在电解液中浸泡，获得PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步的，所述超声破碎的时间为30～60min。进一步的，所述制备木质纤维素膜的步骤中，干燥处理的温度为70～80℃；干燥处理的时间为10～12h。进一步的，所述搅拌处理的时间为12～24h。进一步的，所述制备PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜的步骤中，干燥处理的温度为70℃～80℃；干燥处理的时间为6～12h。进一步的，所述PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜中，木质纤维素与PVDF-HFP的质量比为20：1～20。进一步的，所述复合成膜的方式为流延浇注或压力喷涂。进一步的，所述电解液浸泡的时间为30min～60min。进一步的，所述电解液为锂离子电解液、钾离子电解液或钠离子电解液。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜，基于上述的一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的制备方法制备。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术以木质纤维素膜作为基体，通过简单的制备工艺复合PVDF-HFP溶液，形成致密的网状多孔结构，因此，PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜的热稳定性和机械强度得到相应提高；2.本专利技术的制备原料木质纤维素储量丰富，制备方法简单，在一定程度上降低了制备成本；3.相比于现在普遍应用的有机液体电解质，本专利技术制得的PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜具有多孔网状结构，可以实现较高的吸液率，因此其凝胶聚合物电解质隔膜具有更高的安全性，与现在常用的聚合物基材相比，又具有较高的离子电导率和锂离子迁移数；4.通过结合PVDF-HFP和木质纤维素的优异性能，可以得到综合性能优异的复合基体隔膜和相应的凝胶聚合物电解质。与商业聚丙烯隔膜(PP)相比，本专利技术制得的基于PVDF-HFP的凝胶聚合物电解质具有更好的电化学性能，完全可以满足锂离子电池(LIBs)的实际应用，且其还具有制备效率高、能耗小、节约时间、使用设备简单、工艺简单，且适合大面积生产，并利于工业化。附图说明图1为现有的木质纤维素聚合物电解质膜的SEM图；图2为根据本专利技术实施例1制备的一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的SEM图；图3为根据本专利技术实施例1制备的一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的线性扫描伏安(LSV)曲线；图4为根据本专利技术实施例1制备的一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的EIS阻抗谱图(25℃)；图5为根据本专利技术实施例1制备的一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的直流极化曲线；图6为根据本专利技术实施例1制备的一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的拟合阻抗谱图曲线。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的制备方法，包括以下步骤：(1)配制木质纤维素悬浮液：称取600mg的木质纤维素，加入80mL的去离子水，室温下进行超声破碎60min，得到混合均匀的悬浮液。(2)制备木质纤维素膜：将所述悬浮液倒入培养皿中，在70℃的烘箱中干燥12h。(3)配制PVDF-HFP溶液：称取1gPVDF-HFP，量取40mLN，N-二甲基甲酰胺(DMF)，在常温下搅拌12h，得到透明均匀的溶液。(4)制备PVDF-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n配制木质纤维素悬浮液：混合木质纤维素和去离子水，并进行超声破碎，获得混合均匀的木质纤维素悬浮液，其中，所述木质纤维素和所述去离子水的质量比为1:100～150；/n制备木质纤维素膜：将所述木质纤维素悬浮液进行干燥处理，获得木质纤维素膜；/n配制PVDF-HFP溶液：混合PVDF-HFP和N，N-二甲基甲酰胺，并进行搅拌处理，获得透明均匀的PVDF-HFP溶液，其中，PVDF-HFP的质量分数为9％～25％；/n制备PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜：以所述木质纤维素膜作为基底，利用所述PVDF-HFP溶液进行复合成膜，干燥处理后获得所述PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜。/n制备PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜：将所述PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜在电解液中浸泡，获得PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
配制木质纤维素悬浮液：混合木质纤维素和去离子水，并进行超声破碎，获得混合均匀的木质纤维素悬浮液，其中，所述木质纤维素和所述去离子水的质量比为1:100～150；
制备木质纤维素膜：将所述木质纤维素悬浮液进行干燥处理，获得木质纤维素膜；
配制PVDF-HFP溶液：混合PVDF-HFP和N，N-二甲基甲酰胺，并进行搅拌处理，获得透明均匀的PVDF-HFP溶液，其中，PVDF-HFP的质量分数为9％～25％；
制备PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜：以所述木质纤维素膜作为基底，利用所述PVDF-HFP溶液进行复合成膜，干燥处理后获得所述PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜。
制备PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜：将所述PVDF-HFP复合木质纤维素聚合物电解质膜在电解液中浸泡，获得PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜。


2.根据权利要求1所述的一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述超声破碎的时间为30～60min。


3.根据权利要求1所述的一种PVDF-HFP复合木质纤维素凝胶聚合物电解质膜的制备方法，其特征在于，所述制备木质纤维素膜的步骤中，干燥处理的温度为70～80℃；干燥处理的时间为10～12h。


4.根据权利要求1所述的一种P...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯婷婷，邓小华，吴孟强，陈治，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51