一种P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种P(AN‑POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质及其制备方法，其技术特征在于：原料配方：POSS、AN、DMSO、AIBN、去离子水、丙酮、DMF和液体电解质；P(AN‑POSS)合成工艺：将POSS、DMSO和去离子水加入三口瓶中溶解，加入AN和AIBN后于60℃下搅拌2h，再以去离子水沉淀，丙酮洗涤粗产物3遍，干燥得到P(AN‑POSS)；电解质膜制备工艺：将P(AN‑POSS)溶于DMF后倾倒在玻璃板上，用刮刀刮平并浸入去离子水中，得到薄膜，将隔膜干燥后吸收液体电解质得到P(AN‑POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质。有益效果：制备了一种P(AN‑POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质，其具有非常高的孔隙率和离子电导率，综合性能优异，完全可以满足锂离子电池的使用要求。本发明专利技术的工艺流程较为简单，适用性广，具有一定的实际推广意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质及其制备方法，属于锂离子电池

技术介绍
凝胶聚合物电解质作为一种高性能的锂电池电解质越来越广泛的被给予关注，相比液体电解质的漏液燃烧和固态电解质的较低的离子电导率，凝胶聚合物电解质具有安全性高、离子电导率高和易于加工制作等优点。在凝胶聚合物电解质中，聚合物基体是影响凝胶聚合物电解质的关键因素。目前被普遍研究较多的聚合物基体有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚丙烯腈(PAN)和聚偏氟乙烯(PVDF)等。这些基体都具有各自的优点，但是同时又具有各自的缺点，如PMMA的脆性较大，而PAN的结晶度较高，这些缺点都会直接影响凝胶聚合物电解质的性能。因此为了解决这些问题，最常见的方法是对聚合物基体进行物理掺杂或化学合成方面的改性。笼型倍半硅氧烷(POSS)是一种有机-无机纳米粒子，八乙烯基笼型倍半硅氧烷作为POSS的一种，其具有优异的热性能，并且其外围具有八个乙烯基基团，可以与常用的聚合物基体的单体如丙烯腈(AN)发生聚合，聚合后POSS纳米粒子的高度分散可以降低PAN链段的结晶度，使聚合物链段更加柔顺，从而提高聚合物隔膜的多孔性。较高的隔膜孔隙率可以提高隔膜的吸液率，进而提升凝胶聚合物电解质的离子电导率和离子迁移数等综合性能。因此，本专利技术以AN和POSS为反应单体，制备合成了一种新型的聚合物基体P(AN-POSS)，进而以该基体制备凝胶聚合物电解质，这种电解质必然会改善PAN凝胶聚合物电解质的孔隙率和离子电导率。目前以P(AN-POSS)聚合物为基体制备的凝胶聚合物电解质还未出现在国内外报道中。
技术实现思路
要解决的技术问题为了解决PAN基凝胶聚合物电解质高结晶度而导致的较低孔隙率等问题，本专利技术提出了一种P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质及其制备方法。技术方案本专利技术的思想是：PAN作为聚合物基体制备凝胶聚合物电解质时，因为PAN聚合物隔膜的孔隙率不突出，进而影响了凝胶聚合物电解质的电化学性能以及相应锂离子电池的性能。而POSS作为一种有机-无机纳米粒子，其与AN聚合后，可以破坏PAN链段的高结晶度，有利于聚合物成膜时孔隙的产生，进而提高凝胶聚合物电解质的保液性、电化学性能和相应锂离子电池的性能；POSS具有优异的热稳定性，参与反应后可以赋予凝胶聚合物电解质较好的热性能。本专利技术以P(AN-POSS)为基体制备多孔型凝胶聚合物电解质。本专利技术的技术特征在于：凝胶聚合物电解质的基体为P(AN-POSS)，合成原料为八乙烯基笼型倍半硅氧烷POSS、AN。P(AN-POSS)合成工艺：引发剂为偶氮二异丁腈，溶剂为二甲基亚砜和去离子水混合体系，反应温度为60℃，反应时间为2h；电解质膜制备工艺：将P(AN-POSS)溶于N,N-二甲基甲酰胺中后，将溶液倾倒在玻璃板上，用刮刀刮平并浸入去离子水中，得到薄膜，将隔膜干燥后吸收液体电解质得到P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质。一种所述的P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质及其制备方法，其特征在于：具体步骤如下：a)量取15mlAN进行常压蒸馏，收集76℃-78℃馏分；b)配制二甲基亚砜和去离子水质量比为9:1的混合溶剂40ml；c)准确称取0.87g八乙烯基笼型倍半硅氧烷POSS置于三口瓶中，然后缓慢加入上述混合溶剂并于90℃搅拌至完全溶解；d)冷却至60℃后加入上述蒸馏后的AN12.33ml，单体质量分数1％的偶氮二异丁腈0.1087g，通N2后于60℃持续搅拌反应2h；e)将反应结束的反应液加入到大量去离子水中，得到白色絮状沉淀，抽滤后，沉淀用大量丙酮洗涤并再抽滤，如此再用丙酮反复洗涤两次；f)将得到的沉淀置于真空干燥箱中80℃干燥12h得到P(AN-POSS)聚合物；g)称取质量分数为10wt.％的P(AN-POSS)聚合物0.5g溶解于4.78mlN,N-二甲基甲酰胺中，得到粘稠液体；h)取一块无纺布置于玻璃板上，将上述粘稠液体使用刮刀均匀的涂布于无纺布上，然后迅速浸入去离子水中，得到白色薄膜，再继续浸泡2h；i)浸泡完毕后，取出薄膜于室温下进行缓慢干燥，待大部分水分挥发后置于真空干燥箱60℃干燥12h；j)将上述彻底干燥后的薄膜于手套箱中浸泡液体电解质，即可得到P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质。有益效果本专利技术的有益效果是：制备得到了一种P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质，该凝胶聚合物电解质具有优异的孔隙率、吸液率、热稳定性和非常高的离子电导率。附图说明图1为POSS合成比例为8％的P(AN-POSS)基多孔膜的扫描电镜图。图2为四种不同合成比例的P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质与不锈钢惰性电极组装电池的交流阻抗谱图。具体实施方式结合附图和具体实例对本专利技术作进一步的说明：(1)制备POSS质量分数为0％、5％、8％和10％的P(AN-POSS)聚合物基体：对AN进行常压蒸馏并收集76℃-78℃馏分；配制二甲基亚砜和去离子水质量比为9:1的混合溶剂44.62ml、46.93ml、40ml和40.76ml共计四份；分别准确称取0g、0.63g、0.87g和1.11g八乙烯基笼型倍半硅氧烷POSS置于四个三口瓶中，然后分别对应缓慢加入上述混合溶剂并于90℃搅拌至完全溶解；冷却至60℃后对应加入上述蒸馏后的AN12.15ml、15ml、12.33ml、12.33ml，偶氮二异丁腈0.1215g、0.128g、0.1087g、0.1111g，通N2后于60℃持续搅拌反应2h；将反应结束的反应液分别加入到大量去离子水中，得到白色絮状沉淀，抽滤后，沉淀分别用大量丙酮洗涤并再抽滤，如此再用丙酮反复洗涤两次；将得到的沉淀置于真空干燥箱中80℃干燥12h，即得到P(AN-POSS)聚合物；四种P(AN-POSS)聚合物对应命名为：P(AN-POSS)-0％、P(AN-POSS)-5％、P(AN-POSS)-8％和P(AN-POSS)-10％。(2)制备POSS质量分数为0％、5％、8％和10％的P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质：分别准确称取P(AN-POSS)-0％、P(AN-POSS)-5％、P(AN-POSS)-8％和P(AN-POSS)-10％0.5g，然后分别溶解于4.78mlN,N-二甲基甲酰胺中，得到粘稠液体；取四块无纺布分别置于四张玻璃板上，将上述四种粘稠液体使用刮刀均匀的对应涂布于四张无纺布上，然后均迅速浸入去离子水中，得到四张白色薄膜，再继续浸泡2h；浸泡完毕后，取出薄膜于室温下进行缓慢干燥，待大部分水分挥发后均置于真空干燥箱60℃干燥12h；将上述彻底干燥后的薄膜于手套箱中浸泡液体电解质，即可得到P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质；将四种凝胶聚合物电解质分别命名为GPE-0％、GPE-5％、GPE-8％和GPE-10％。以上实施方案得到的P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质的具体性能如下：GPE体系孔隙率(％)吸液率(％)离子电导率(10-3S/cm)GPE-0％61.7315.93.63GPE-5％68.5384.84.13GPE-8％83.1471.76.06GPE-10％76本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种P(AN‑POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质及其制备方法，其特征在于：原料配方为：八乙烯基笼型倍半硅氧烷POSS、AN、去离子水、丙酮、N,N‑二甲基甲酰胺、1mol/L液体电解质(锂盐：LiPF6，溶剂：碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯)。P(AN‑POSS)合成工艺条件：引发剂为偶氮二异丁腈，溶剂为二甲基亚砜和去离子水混合体系，反应温度为60℃，反应时间为2h；电解质膜制备工艺：将P(AN‑POSS)溶于N,N‑二甲基甲酰胺中后倾倒在玻璃板上，用刮刀刮平并浸入去离子水中，得到薄膜，将隔膜干燥后吸收液体电解质得到P(AN‑POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质。

【技术特征摘要】
1.一种P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质及其制备方法，其特征在于：原料配方为：八乙烯基笼型倍半硅氧烷POSS、AN、去离子水、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、1mol/L液体电解质(锂盐：LiPF6，溶剂：碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯)。P(AN-POSS)合成工艺条件：引发剂为偶氮二异丁腈，溶剂为二甲基亚砜和去离子水混合体系，反应温度为60℃，反应时间为2h；电解质膜制备工艺：将P(AN-POSS)溶于N,N-二甲基甲酰胺中后倾倒在玻璃板上，用刮刀刮平并浸入去离子水中，得到薄膜，将隔膜干燥后吸收液体电解质得到P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质。2.根据权利1要求所述的一种P(AN-POSS)基多孔型凝胶聚合物电解质及其制备方法，其特征在于：具体步骤如下：a)量取15mlAN进行常压蒸馏，收集76℃-78℃馏分；b)配制二甲基亚砜和去离子水质量比为9:1的混合溶剂40ml；c)准确称取0.87g八乙烯基笼型倍半硅氧烷POSS置...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄韵，刘博，林元华，赵磊，黄一轩，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51