[发明专利]一种疏水绝缘层保护的电池负极和制备方法

说明书

本发明涉及一种疏水绝缘层保护的电池负极和制备方法，属于电化学技术领域，包括负极材料和疏水绝缘层，所述疏水绝缘层由复合聚合物材料干燥后得到；所述复合聚合物材料包括成膜基质和缓蚀组分；在电池负极涂覆了一层复合聚合物材料，干燥后形成疏水绝缘层，疏水绝缘层可以减少负极材料与电解液的直接接触，减少腐蚀情况副反应的发生。通过在成膜基质中引入含氟支化单体提高成膜基质的疏水、耐腐蚀和化学稳定性。含氟支化单体结构中的羟基参与成膜基质的合成，多羟基的结构提高交联度，配合含氟基团的引入，提高成膜基质在疏水绝缘层中的力学强度和疏水性能，阻碍电解质对负极材料的腐蚀。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体地，涉及一种疏水绝缘层保护的电池负极和制备方法。

背景技术

金属锌具有自然丰度大、成本低、氧还原电位低易于加工等优点，常被作为锌离子电池的负极，易于加工等优点而被用作锌离子电池的负极，但是在电池循环过程中其上存在副反应(析氢反应、腐蚀反应、钝化)，使水系锌离子电池的大规模应用受到了极大的阻碍。而且腐蚀反应的发生则会一直消耗电解液，并且产生诸如氧化锌、水和羟基硫酸锌等的副产物，增加电极极性，以致降低电池性能。与此相似的锂、镁也具有电极电位较负、比容量高、地壳中储量丰富、成本低和安全性好等优点，是金属空气电池等化学电源重要的负极材料，然而，锂、镁负极在水溶液中存在副反应(析氢反应、腐蚀反应、钝化)，导致它们的实际比容量和电极电位远低于理论值；电池负极的副反应会减低会降低电池性能，缩短电池的使用寿命，严重的还可能造成更大的安全隐患。

发明内容

为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种疏水绝缘层保护的电池负极和制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种疏水绝缘层保护的电池负极，包括负极材料和疏水绝缘层，所述疏水绝缘层由复合聚合物材料干燥后得到；所述复合聚合物材料包括成膜基质和缓蚀组分；成膜基质和缓蚀组分的质量比为9：1-1.2；

所述成膜基质通过如下步骤制备：

步骤一、在氮气保护条件下，将4,4,4-三氟丁醇和甲醇钾加入N-甲基吡咯烷酮中，在65℃条件下搅拌60min，然后升温至90℃，加入环氧丙醇，滴加结束，保持温度不变，继续搅反应2h，反应结束后加入水，然后加入丙酮沉析，用甲醇溶解后旋蒸除去甲醇，得到含氟支化单体；含氟支化单体为中心含有氟的，端基为羟基的支化缩水甘油醚，具有支化的树状结构，参与后续缩聚反应；其中，4,4,4-三氟丁醇和甲醇钾的质量比为1.5：1；4,4,4-三氟丁醇、N-甲基吡咯烷酮和环氧丙醇的用量比为0.15g：10mL：10mL。

步骤二、在氮气保护下，将聚乙二醇(Mn＝1500Da)加热熔融，然后加入二氯亚砜升温至40℃，加完后升温至80℃反应3h，升温至150℃反应4h，反应结束后除去二氯亚砜，真空干燥得到氯化聚氧化乙烯。聚乙二醇和二氯亚砜的用量比为5g：1mL。将4,4'-二氯二苯砜、氯化聚氧化乙烯、含氟支化单体、4,4'-联苯二酚和碳酸钾加入混合溶剂中，在氮气保护条件下搅拌20min，升温至140℃，搅拌20h，反应结束后，降温至室温，用去离子水洗涤，在60℃真空条件下干燥至恒重，得到成膜基质。成膜基质中通过引入含氟支化单体提高成膜基质的疏水、耐腐蚀和化学稳定性。含氟支化单体结构中的羟基参与成膜基质的合成，多羟基的结构提高交联度，配合含氟基团的引入，提高成膜基质在疏水绝缘层中的力学强度和疏水性能，阻碍电解质对负极材料的腐蚀。其中，混合溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和甲苯按照体积比1：1混合而成。氯化聚氧化乙烯的链段与电解质之间具有强的相互作用增强离子电导率，维持离子电导率。

进一步地，步骤二中4,4'-二氯二苯砜、氯化聚氧化乙烯、含氟支化单体、4,4'-联苯二酚、碳酸钾和混合溶剂的用量比为2.2g：1.2g：0.3-0.4g：0.5g：1.5g：20mL。

进一步地，缓蚀组分通过如下步骤制备：