[发明专利]锂单离子导电微孔电解质膜及其制备方法

摘要

本发明公开了一种锂单离子导电微孔电解质膜，它包括下述原料组分含磺酸或磺酸酰胺基团的高分子材料，水溶性高分子聚合物，高分子添加剂；含磺酸或磺酸酰胺基团的高分子材料、水溶性高分子聚合物和高分子添加剂的质量百分含量分别占总组分原料的25～95％、5～75％、0～40％。本发明锂单离子导电微孔电解质膜制备方法简单，在碳酸酯类溶剂中不需要添加锂盐就能够导电；通过合理的配方调整锂离子含量以及孔洞率、孔洞大小，实现锂离子迁移数接近于1，室温导电率具有优异的稳定性，在不同碳酸酯类溶剂中均可以达到1×10‑3S/cm以上；使用温度范围可达到‑40℃～80℃，其导电率在‑20℃仍接近于1×10‑3S/cm。

主权项

一种锂单离子导电微孔电解质膜，其特征在于包括下述原料组分：含磺酸或磺酸酰胺基团的高分子材料，水溶性高分子聚合物，高分子添加剂；所述的含磺酸或磺酸酰胺基团的高分子材料、水溶性高分子聚合物和高分子添加剂的质量百分含量分别占总组分原料的25～95％、5～75％、0～7％；所述的锂单离子导电微孔电解质膜，其特征在于它是由以下制备方法制得的：(1)、分别按照各原料组分的质量百分含量称取含磺酸或磺酸酰胺基团的高分子材料、水溶性高分子聚合物、高分子添加剂，将原料组分溶于溶剂中，所述的原料总组分与溶剂的质量比为1：10‑15；所制得的溶液采用溶液流延、喷涂、浇铸或旋涂的方法制备薄膜，制得的薄膜浸没在萃洗液中提取1‑3次，每次浸泡5‑600分钟，提取掉水溶性高分子聚合物，得到微孔膜；通过离子交换或者酸碱反应将微孔膜中的含氟磺酸、苯磺酸或含氟磺酰亚胺基团转换成含氟磺酸锂、苯磺酸锂或含氟磺酰亚胺锂基团，干燥至恒重得到锂单离子导电微孔电解质膜；或(2)、分别按照各原料组分的质量百分含量称取含磺酸或磺酸酰胺基团的高分子材料、水溶性高分子聚合物、高分子添加剂；含磺酸或磺酸酰胺基团的高分子材料通过离子交换或者酸碱反应将含氟磺酸、苯磺酸或含氟磺酰亚胺基团转换成含氟磺酸锂、苯磺酸锂或含氟磺酰亚胺锂基团后，与水溶性高分子聚合物、高分子添加剂一起溶于溶剂中，所述的原料总组分与溶剂的质量比为1：10‑15；所制得的溶液采用溶液流延、喷涂、浇铸或旋涂的方法制备薄膜，制得的薄膜浸没在萃洗液中提取1‑3次，每次浸泡5‑600分钟，提取掉水溶性高分子聚合物，干燥至恒重得到锂单离子导电微孔电解质膜；其中，所述的含磺酸或磺酸酰胺基团的高分子材料选自以下4类中的一种或多种：(1)、全氟磺酸树脂类高分子材料；(2)、由以下两类单体共聚所得的高分子材料：①烯烃类单体或含氟烯烃类单体，所述的烯烃类单体或含氟烯烃类单体为乙烯(CH2＝CH2)，丙烯(CH2＝CH‑CH3)，四氟乙烯(CF2＝CF2)，偏氟乙烯(CH2＝CF2)，三氟乙烯(CHF＝CF2)，六氟丙烯(CF2＝CF‑CF3)；②具备以下结构的含氟磺酸基团烯烃单体，其中，p为0‑2的整数；q为1‑6的整数；R为‑F，‑Cl，‑Br或‑NR1R2，R1和R2为‑H或‑CmH2m+1，m为1‑10的整数；(3)、侧基为含氟磺酸‑(CF2)nSO3M或‑(CF2)nSO2NSO2CF3M，主链为聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚砜、聚醚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚或聚苯并噁唑的高分子聚合物，其中，n为1‑10的整数，M选自‑H，‑Li，‑Na，‑K或‑NR1R2R3R4、R1,R2,R3和R4分别独立的为‑H或‑CmH2m+1，m为1‑10的整数；(4)、侧基为含氟磺酸‑(CF2)nSO3M，苯磺酸‑PhSO3M或含氟磺酰亚胺‑SO2NSO2CF3M，主链为聚苯乙烯类或聚丙烯酸酯类的高分子聚合物，其中，n为1‑10的整数，M选自‑H，‑Li，‑Na，‑K或‑NR1R2R3R4、R1,R2,R3和R4分别为‑H或‑CmH2m+1，m为1‑10的整数；所述的高分子添加剂为聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚酰胺，聚酰亚胺，聚醚酰亚胺，聚碳酸酯，聚醚砜，聚醚酮，聚苯醚，聚苯硫醚，聚苯并恶唑中的一种或者多种。