[发明专利]微孔离子液体/凝胶聚合物电解质纤维的制备方法有效

专利信息
申请号: 201110443092.7 申请日: 2011-12-27
公开(公告)号: CN103184568A 公开(公告)日: 2013-07-03
发明(设计)人: 张迎晨;吴红艳;张夏楠;肖俊;贾卫芳;沈小刚;伦瑞欣 申请(专利权)人: 中原工学院
主分类号: D01F1/10 分类号: D01F1/10;D01F1/08;D01F6/94;D01F6/48;D01F2/02;D01D5/098;D01D10/06;H01M10/0565
代理公司: 郑州中原专利事务所有限公司 41109 代理人: 张绍琳;孙诗雨
地址: 451191 河南省*** 国省代码: 河南;41
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摘要:
搜索关键词: 微孔 离子 液体 凝胶 聚合物 电解质 纤维 制备 方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及一种应用超临界流体熔喷纺丝制备微孔离子液体/凝胶聚合物电解质类纤维的制备方法。

背景技术

目前,锂离子电池电解液多为液态有机溶液,常用的有机溶剂包括乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)、碳酸二甲酯(DEC)等。但是这些有机溶剂都是易燃物质,并且液态电解液存在漏液的危险,因此在滥用条件下,如加热、过充、过放、短路、振动、挤压等易导致着火、爆炸乃至人员受伤等事件。而聚合物电解质具有不漏液、比能量高、安全性好等优点,对于开发安全性高、绿色环保的锂离子电池电解质体系具有重大意义,但是较低的室温电导率制约了其进一步发展。

离子液体,通常是指由有机阳离子与无机或有机阴离子组成,在室温下呈液态的物质。由于离子液体具有非挥发性、蒸汽压低、导电性好、电化学稳定窗口宽、热稳定性好等诸多优点,自20世纪70年代末首次作为电池的电解质使用以来受到越来越多的关注。将离子液体引入聚合物电解质,以期得到不挥发、室温电导率高、安全性好的电解质的设想更是引起了人们的极大兴趣。 Fuller 等首先将这种设想应用于离子液体/凝胶聚合物电解质的制备,此后在该电解质方面展开了广泛的研究。据目前文献报道,离子液体/聚合物电解质多数采用聚氧乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物聚偏氟乙烯-六氟丙烯[P(VDF-HFP)]这两大类聚合物为基体。 以PEO 为基体,分别引入离子液体N-甲基-N-丙基吡咯-二(三氟甲基磺酰)亚胺(PYR13TFSI)、N-甲基-N-丙基吡咯-二(三氟甲基磺酰)亚胺(PYR14TFSI)、1-甲基-4-丁基吡啶-二(三氟甲基磺酰)亚胺(BMPy-TFSI),成功得到了离子液体/凝胶聚合物电解质。但其室温电导率并不理想,未达10-3 S·cm-1数量级,从而限制了上述PEO基离子液体/聚合物电解质的应用范围;另一方面,PVDF或P(VDF-HFP)聚合物基体常与咪唑类离子液体组合制备离子液体/聚合物电解质,由于其室温电导率可达10-3 S·cm-1数量级而吸引了众多研究者的目光。 研究人员分别采用1,2-二甲基-3-N-丁基咪唑(DMBITFSI)、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸(EMIBF4)、1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸(BMIPF6)咪唑类离子液体成功制备了PVDF 基或P(VDF-HFP)基-离子液体/聚合物电解质。 然而,多数研究仅局限于探讨PVDF 基或P(VDF-HFP)基-离子液体/聚合物电解质本身的离子传输,电化学稳定窗口等性能,而对此类电解质与电极材料的相容性问题却很少关注,此类离子液体/凝胶聚合物电解质在锂离子电池中的成功应用更是没有报道。

专利拟采用纺丝的技术制备离子液体/凝胶聚合物电解质微孔超细纤维,并通过添加EC/PC增塑剂改善离子传输特性和电化学稳定窗口。解决电解质与电极材料的相容性问题。

熔喷纤维生产技术的发展和产品应用领域的拓展促进了高性能聚合物的使用,以满足产业用纺织品的特别需求,如纤维细度小,耐高温、耐化学性、良好的强度和弹性、医疗用产品舒适性、与食品接触的安全性等要求。

超临界流体,是指某种物质在临界点临界温度,临界压力以上,所具有不同于液体或气体的独特物性的流体,既具有气体的特性又具有液体的特性,因此可以说,超临界流体是存在于气体、液体这两种流体状态以外的第三流体。超临界流体具有与液体相近的密度,因而有很强的溶剂强度,同时具有与气体相近的粘度,流动性比液体好得多,传质系数也比液体大得多。且流体的密度、溶剂强度和粘度等性能均可通过压力和温度的变化方便地进行调节,因而有广泛的应用前景。采用超临界CO2 进行萃取已得到广泛研究和工业应用。在聚合物加工中采用超临界CO虽然不多,但已得到相当的重视和广泛的研究,如超临界CO为介质的聚合反应 、采用超临界CO2 向聚合物中加入添加剂、超临界CO2溶胀聚合得到共混物和复合材料、聚合物分级、萃取齐聚物和溶剂、微球和微纤制备、结晶等。

在微孔聚合物制备中使用超临界流体具有以下优点:

(1) 传质系数高,可在较短的时间内达到平衡浓度,因而缩短了加工时间,使微孔聚合物制备的工业应用成为可能。

(2) 在相同温度下,使用超临界CO2 可达到更高的平衡浓度,因而可得到更高的泡孔密度和更小的泡孔直径。

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