本发明专利技术公开了基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质及其制备方法和应用。该制备方法是将有机二元酸酐和有机二元胺聚合得到的含氟聚酰亚胺溶解于N,N‐二甲基乙酰胺中，并在室温下加入锂盐和类流体，以质量百分比计，搅拌均匀配成固含量为5％～35％的溶液；将溶液制成厚度为10μm～1mm的均质膜，得到基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质。类流体的添加可使离子电导率得到很大提高，并可以使得难以与锂盐相容的聚酰亚胺变得可以复合。本发明专利技术制备的聚合物电解质具有远高于常规锂离子电池隔膜的超过10‐3S/cm的离子电导率，超过300℃的耐热温度，极低的高温热收缩率以及高机械强度，很好地满足了聚合物电解质安全性的要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含氟聚酰亚胺聚合物，特别是涉及一种新型基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质及其制备方法和应用；属于聚合物电解质技术。
技术介绍
聚合物电解质又称为离子导电聚合物，在电子、医疗、空间技术、电致显色、光电学、传感器等方面有着广泛的应用。由于它质轻、成膜性好、粘弹性和稳定性均较好等许多无机电解质和有机溶剂电解质不可比拟的性能，所以在电池、电解水、有机电合成、化学传感器等领域都有应用。由于没有溶液电压降以及离子膜的选择性分离作用，聚合物电解质具有很高的能量效率，广泛应用于氢-氧燃料电池、甲醇燃料电池、水电解、有机电化学合成、电化学还原CO2、臭氧生产、电化学氢泵或氧泵等。随着信息、材料和能源技术的进步，锂离子电池以其高比能量、长循环寿命、无记忆效应、安全可靠以及能快速充放电等优点而成为新型电源技术研究的热点。锂离子电池除广泛用于日常熟知的手机、笔记本电脑以及其他数码电子产品之外，电动车的发展也将带动锂离子电池的更大需求，且在航空航天、航海、人造卫星、小型医疗、军用通信设备等领域中也得到了应用，逐步代替传统电池。通常的锂离子电池由正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及电池外壳包装材料五部分组成；其中隔膜是指在锂离子电池正极与负极中间的聚合物隔膜，是锂离子电池最关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响。其主要作用有：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过；让电解质液中的离子在正负极间自由通过。其锂离子传导能力直接关系到锂离子电池的整体性能，其隔离正负极的作用使电池在过度充电或者温度升高的情况下能限制电流的升高，防止电池短路引起爆炸，具有微孔自闭保护作用，对电池使用者和设备起到安全保护的作用。隔膜性能的优劣决定电池的界面结构和内阻，进而影响电池的容量、循环性能、充放电电流密度等关键特性，可见，性能优异的隔膜对提高电池的综合性能有重要作用。对隔膜的基本要求是：具有足够的隔离性和电子绝缘性，能保证正负极的机械隔离和阻止活性物质的迁移；有一定的孔径，对锂离子有很好的透过性，保证低电阻和高离子传导率；由于锂离子电池采用有机溶剂和非水电解液，因此应具有足够的化学稳定性和电化学稳定性，有一定的耐湿性和耐腐蚀性；对电解液的浸润性好，有足够的吸液保湿能力和离子导电性；具有足够的力学性能和防震能力，并且厚度尽可能小；自动关断保护性能好。隔膜的力学性能是影响其应用的一个重要因素，如果隔膜破裂，就会发生短路，降低成品率，因此要求隔膜有一定的强度、弹性和耐摩擦性能。目前锂离子电池隔膜材料多为聚烯烃类材料，如聚乙烯，聚丙烯等，其制备方法多采用将聚烯烃类材料熔融挤出，使其成为半结晶聚合物薄膜，然后对薄膜进行单轴或双轴拉伸，使薄膜表面形成微孔，从而制得电池隔膜。现在常用的电池隔膜如聚乙烯、聚丙烯，由于熔化温度低于200℃，在某些情况下，如外部温度过高，放电电流过大或者电解液受热过程中的热惯性的情况下，即使电流被遮断，电流的温度也有可能继续升高，因此隔膜可能完全被破坏而导致电池短路，而电解液都含有易燃的有机溶剂，从而导致电池爆炸或着火。所以，传统锂离子电池安全性较低。Kim制备了PAEK-PLA嵌段共聚物多孔隔膜，该隔膜相比PP在热稳定性和热收缩性上得到了改善(A.LeMongetal.Tailor-madeporecontrolledpoly(aryleneetherketone)membranesasalithium-ionbatteryseparator[J].JournalofPowerSource,2016,304:301-310.)。Archer在电解液中添加纳米离子材料SiO2-IL-TFSI，抑制了锂枝晶形成，从而阻止了锂枝晶刺穿隔膜造成电池内部短路而引发爆炸危险，同时提高了电化学性能和界面性能(YingyingLuetal.IonicLiquid-NanoparticleHybridElectrolytesandtheirApplicationinSecondaryLithium-MetalBatteries[J].AdvancedMaterials,2012,24(32):4430–4435.)。上述文献仅仅是改善了隔膜或电解液的性能，而没有显著地提高锂离子电池的安全性。聚合物锂离子电池是近年来研究的热点，由于采用固态(胶体)电解质代替液态电解质，聚合物锂离子电池不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，其使用的聚合物电解质具有电解质和隔膜的双重作用。目前热门研究的聚合物基体主要有PEO，PMMA，PAN和PVDF，而这些聚合物基体在制备电解质方面往往遇到电化学性能和机械强度的矛盾问题。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种改善聚酰亚胺的介电性能和溶解性能，有利于锂盐解离出锂离子，有利于锂离子的传输，挺高了电解质的电化学性能和界面性的能新型基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质。本专利技术的另一目的在于提供所述的新型基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供所述的新型基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于含氟聚酰亚胺的聚合物电解质，所述的含氟聚酰亚胺结构通式如下：其中，R1为中的一种；R2为所述的n为50～10000。所述的基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质的制备方法：将有机二元酸酐和有机二元胺聚合得到的含氟聚酰亚胺溶解于N,N-二甲基乙酰胺中，并在室温下加入锂盐和类流体，以质量百分比计，搅拌均匀配成固含量为5％～35％的溶液；将溶液制成厚度为10μm～1mm的均质膜，得到基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质；所述的类流体通式为：[A][Me]；所述的[Me]为：[AlCl4]-、[AlCl7]-、[BF4]-、[PF6]-、[SbF6]-、Br-、Cl-、[C4F9SO3]-、[CF3CO2]-、[C3F7CO2]-、[CF3SO3]-、[(CF3SO2)2N]-、[NO3]-、[SnCl3]-、[Sn2Cl5]-和[RSO3]-中的至少一种；所述的[A]为：其中，R3、R4、R5和R6为：C1～C50的烃基；纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米四氧化三铁、纳米氧化铁、纳米二氧化钛和纳米碳酸钙中的至少一种。为进一步实现本专利技术目的，优选地，所述的聚酰亚胺与类流体的质量比为1：(0.1～9)。优选地，所述的聚酰亚胺与锂盐的质量比为1：(0.1～1)。优选地，所述的有机二元酸酐为均苯四甲酸酐、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯基砜四甲酸二酐和4,4’-六氟异丙基邻苯二甲酸酐中的至少一种。优选地，所述的有机二元胺为2,2’-双(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、2-三氟甲基-4,4’-二氨基二苯醚、5-三氟甲基-4,4’-二氨基二苯醚、2,2’-双(三氟甲基)-4,4’-二氨基苯醚、3,3’-双(三氟甲基)-4,4’-二氨基苯醚、4,4’-[1,4-苯基双(氧)]双[3-(三氟甲基)苯胺]、4,4’-[1,4-苯基双(氧)]双[2-(三氟甲基)苯胺]、3,3’-双(三氟甲基)-4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-(六氟异亚丙基)二苯胺和3,3’-二甲基本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于含氟聚酰亚胺的聚合物电解质，其特征在于：所述的含氟聚酰亚胺结构通式如下：其中，R1为和中的一种；R2为所述的n为50～10000。
【技术特征摘要】
1.一种基于含氟聚酰亚胺的聚合物电解质，其特征在于：所述的含氟聚酰亚胺结构通式如下：其中，R1为和中的一种；R2为所述的n为50～10000。2.权利要求1所述的基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质的制备方法，其特征在于：将有机二元酸酐和有机二元胺聚合得到的含氟聚酰亚胺溶解于N,N‐二甲基乙酰胺中，并在室温下加入锂盐和类流体，以质量百分比计，搅拌均匀配成固含量为5％～35％的溶液；将溶液制成厚度为10μm～1mm的均质膜，得到基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质；所述的类流体通式为：[A][Me]；所述的[Me]为：[AlCl4]‐、[AlCl7]‐、[BF4]‐、[PF6]‐、[SbF6]‐、Br‐、Cl‐、[C4F9SO3]‐、[CF3CO2]‐、[C3F7CO2]‐、[CF3SO3]‐、[(CF3SO2)2N]‐、[NO3]‐、[SnCl3]‐、[Sn2Cl5]‐和[RSO3]‐中的至少一种；所述的[A]为：其中，R3、R4、R5和R6为：C1～C50的烃基；纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米四氧化三铁、纳米氧化铁、纳米二氧化钛和纳米碳酸钙中的至少一种。3.根据权利要求2所述的基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述的聚酰亚胺与类流体的质量比为1：(0.1～9)。4.根据权利要求2所述的基于含氟聚酰亚胺聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述的聚酰亚胺与锂盐的质量比为1：(0.1～1)。5.根据权利要求2所述的基于含氟...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱志明，谭旭，严玉蓉，何厚刚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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