[发明专利]一种钒电池用电解质隔膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种钒电池用电解质隔膜的制备方法，包括如下步骤：一)季铵盐型硅烷的制备，二)聚合物的制备，三)隔膜的制备。本发明还公开了根据所述钒电池用电解质隔膜的制备方法制备得到的钒电池用电解质隔膜及利用所述钒电池用电解质隔膜作为电解质隔膜的钒电池。本发明制备得到的钒电池用电解质隔膜与现有技术中的传统季铵盐阴离子交换膜相比，价格更加低廉，机械力学性能、化学稳定性和热稳定性更好，阻钒性能更佳，离子传导率更高，形变小，符合钒电池电解质隔膜使用要求。

技术领域

本发明属于聚电解质材料技术领域，涉及一种钒电池部件，具体地说，涉及一种钒电池用电解质隔膜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着经济的发展及全球工业化进程的推进，能源问题和环境问题日益严峻，成为制约社会进步的重要因素。开展节能降耗、加强水能、风能、太阳能、潮汐能等可再生能源及核能的开发和利用是解决这两大世界性难题的重要途径。风能、太阳能等这些可再生能源的利用，离不开高效、廉价、污染少和安全可靠的储能技术。全钒液流电池由于其具有可深度充电点、能量效率高、绿色环保、响应速度快、容量设计独立、无地域限制、寿命长、成本低等优点，被认为是现阶段最有前途的大规模储能技术之一。

钒电池用电解质隔膜作为钒电池的关键材料之一，不仅能为正负极电解液提供离子的传输通道，而且还能够阻止正负极电解液的交叉污染而导致的电池自放电效应。其性能的好坏直接影响钒电池的电池效率及循环使用寿命。钒电池用电解质隔膜已经成为钒电池发展的瓶颈，目前，钒电池使用的主要是杜邦公司生产的Nafion膜这种膜主要靠进口，价格昂贵，且其在电解液中钒离子的渗透现象比较严重，容易导致电池的自放电效应降低电池效率，引起能量损失，溶胀变形大，影响钒电池的组装密封。

阴离子交换膜是钒电池用电解质隔膜中的一种，由于其带有的荷电基团与溶液中的钒离子相互排斥，阻钒效果突出，引起了业内的广泛关注。目前传统阴离子交换膜的制备方法需要用氯甲基醚对聚合物膜进行氯甲基化，然后用三甲胺季铵化得到季铵基团。但氯甲醚是一种剧毒物质，使得阴离子交换膜的制备对人体和环境都有很大的危害。且传统阴离子交换膜机械力学性能、热稳定性和化学稳定性有待进一步提高。

因此，开发一种价格低廉，机械力学性能、热稳定性、阻钒性和化学稳定性优异的钒电池用电解质隔膜符合市场需求，具有广泛的市场价值和应用前景。

发明内容

本发明的主要目的在于提供钒电池用电解质隔膜及其制备方法，该制备方法简单易行，对设备及反应条件要求不高，原料易得，价格低廉，制备得到的电解质隔膜与现有技术中的传统季铵盐阴离子交换膜相比，价格更加低廉，机械力学性能、化学稳定性和热稳定性更好，阻钒性能更佳，离子传导率更高，形变小，符合钒电池电解质隔膜使用要求。

为达到以上目的，本发明提供一种钒电池用电解质隔膜的制备方法，包括如下步骤：

1)季铵盐型硅烷的制备：将环氧氯丙烷加入到三口烧瓶中，用恒压滴液漏斗慢慢滴加双(二乙基氨基)硅烷，在50-60℃回流反应约6-8h，旋蒸除去过量的环氧氯丙烷，在丙酮中重结晶3-5次，后再次旋蒸除去丙酮，得到季铵盐型硅烷；

2)聚合物的制备：将经过步骤1)中制备得到的季铵盐型硅烷、4,4-二羟基二苯砜溶于高沸点溶剂中，等完全溶解后，加入催化剂，在氮气或惰性气体氛围，温度为90-100℃下搅拌反应6-8小时，后在丙酮中沉出，并乙醇洗涤产物3-5次后置于真空干燥箱60-80℃下烘10-15小时；

3)隔膜的制备：将经过步骤2)制备得到的聚合物、1-烯丙基-3-乙烯基咪唑盐、质量分数为2-3％的氯铂酸的异丙醇溶液溶于二甲亚砜中，超声10-15分钟，后在70-80℃下搅拌反应1-2小时，后浇注在模具上，在80-90℃的鼓风干燥箱中烘10-15小时，得到隔膜。

优选地，步骤1)中所述环氧氯丙烷、双(二乙基氨基)硅烷的质量比为(1.2-1.5):1。