存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物及其制备方法与应用，属于电解质材料技术领域。解决了现有技术中全固态电解质电池的固态电解质与电极之间存在界面电阻的技术问题。本发明专利技术的多孔芳香聚合物，为孔道内分散有锂盐的多孔芳香聚合物；将该多孔芳香聚合物研磨成均匀的粉末，取粉末置于压片模具中，施加压力，压成片状，即得固态电解质片。本发明专利技术的多孔芳香聚合物电化学性能优异，制备的固态电解质片能够应用在全固态电解质锂离子电池中，替代液态电解质锂离子电池的电解液和隔膜作传导作用，安全性高，比能量大，自放电小，无环境污染，循环寿命长，材料稳定，且具备高存锂性能及高质子传输效率。

Porous Aromatic Polymers with Strong Lithium Storage and High Proton Transfer Efficiency and Their Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物及其制备方法与应用
本专利技术属于电解质材料
，具体涉及一种存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物及其制备方法与应用。
技术介绍
在重视环保，提倡开发新能源替代不可再生能源的当今社会，发掘可用作新能源的材料是人类的必然选择。电池行业作为新能源领域的重要组成部分，已成为全球经济发展的一个新热点。目前锂离子电池已经作为一种重要的能量源被人们大范围的使用，无论是在电子通讯领域，还是在交通运输领域等，它都担当着极为重要的角色，有着广泛的应用前景。锂离子电池是一种二次电池(充电电池)。主要组成部分包括正极、负极、能传导锂离子的电解质溶液以及把正负极隔开的隔膜。锂离子电池的优势主要表现在：工作电压高，比能量大，自放电小，无环境污染，因此使得锂离子电池成为21世纪理想的绿色环保电源之一，同时也深受人们的喜爱，作为锂离子电池的重要组成部分，电解质溶液对锂离子电池性能的影响至关重要，但锂离子在应用中由于存在液态的电解质有很多不可避免的问题，如：SEI膜部分成分可以溶解在电解液里，导致正负极表面的SEI膜持续生长，电解液持续耗尽，电极体积膨胀，对于高容量的层状氧化物，在充电至高电压时，易失电子与电解液发生氧化反应导致热失控；由于嵌入负极材料内部动力学较慢的原因，金属锂易直接析出在负极表面，可能导致锂枝晶造成微短路。以上的问题涉及到安全和性能，使液态电解质锂离子电池的应用收到局限，因此新型的电解质材料的开发也就变得更加迫切。为了寻找可替代电解液的材料，人们的目光投向了全固态电解质锂离子电池，全固态电解质锂离子电池的正负极与液态电解质锂离子电池没有太大的差别，最大的特点是没有任何液体参与，所以全固态电解质锂离子电池的发展主要还是依赖于固体电解质的材料发展，而全固态电解质锂离子电池之所以暂时不如液态电解质锂离子电池应用广泛，是因为目前存在一些缺陷和迫切需要解决的问题，即固态电解质与电极之间存在界面电阻问题，界面相容性较差。如果能开发出一种简单便捷且制备成本相对低的能用在全固态电解质锂离子电池中作为导电电解质的材料，能避免液态电解质锂离子电池的安全问题，也能超越现有锂离子电池的电化学性能，将是给全固态电解质电池的发展提供了新思路，也是电池界的一种突破。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中全固态电解质电池的固态电解质与电极之间存在界面电阻的技术问题，提供一种多孔芳香聚合物及其制备方法与应用，该多孔芳香聚合物具有承受电流密度大、安全性能好、循环寿命长等优点，最突出的是它存锂能力强，质子传输速率高。本专利技术实现上述目的采取的技术方案如下。本专利技术提供一种存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物，该多孔芳香聚合物为孔道内分散有锂盐的多孔芳香聚合物。优选的是，所述锂盐为六氟磷酸锂(LiPF6)，所述多孔芳香聚合物为聚四苯甲烷(PAF-1)，每克聚四苯甲烷装载5克以内的六氟磷酸锂。本专利技术还提供上述存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物的制备方法，步骤如下：步骤一、将多孔芳香聚合物与含有锂盐的有机溶剂混合，惰性气氛下，以200-2000转/min的转速搅拌8-15h，得到混合物；步骤二、惰性气氛下，将混合物分离成固体和液体，固体回收，真空条件下加热干燥，使有机溶剂完全挥发，得到存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物。优选的是，所述步骤一中，有机溶剂为质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和(EMC)碳酸甲乙酯的混合物。优选的是，所述步骤二中，混合物分离成固体和液体的过程为：将混合物通过玻璃膜过滤器抽滤，滤纸孔径为20-50μm，滤饼即为分离出的固体。优选的是，所述步骤二中，加热干燥温度为60-80℃，时间为8-10h。优选的是，所述步骤一和步骤二中，惰性气氛均为无水氮气。本专利技术还提供上述存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物在制备全固态电解质电池的固态电解质片中的应用。优选的是，包括以下步骤：步骤一、将存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物研磨成均匀的粉末；步骤二、取粉末置于压片模具中，施加10-20Kpa的压力，压成片状，即得固态电解质片。优选的是，所述固态电解质片的厚度为0.5-1.0mm，直径14mm。本专利技术还提供上述固态电解质片在制备全固态电解质电池中的应用，先制备正极片，然后将正极片、固态电解质片、锂片、集电器和外壳封装，压制，得到全固态电解质电池。优选的是，所述正极片的制备包括以下步骤：步骤一、将N-甲基吡咯烷酮(NMP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)混合均匀，得到混合液；步骤二、搅拌下，将正极材料粉末和导电炭黑分别加入到混合液中，以200-2000转/min搅拌4-8h，得到均匀的黑色浆状物；步骤三、将黑色浆状物均匀附着在铝箔的表面，形成涂层，真空状态下干燥后，经压制，裁剪，得正极片。优选的是，还包括步骤四，在正极片的涂层的表面上覆盖一层六氟磷酸锂电解液，室温下干燥，得到改良的正极片。优选的是，所述正极材料粉末为钴酸锂、锰酸锂或磷酸铁锂。优选的是，所述聚偏二氟乙烯、正极材料粉末和导电炭黑的质量比是1:8:1。优选的是，所述加入速度为每分不大于0.5mg。优选的是，所述涂层的厚度为20μm。优选的是，所述干燥温度为60℃，干燥时间为10-12h。优选的是，所述封装的过程为：先将正极片置入正极壳中，涂层朝上，然后将固态电解质片紧密覆盖在正极片的涂层上，再将锂片放置于固态电解质片的正中，最后将集电器置于锂片上，覆盖负极壳。优选的是，所述压制的过程为：采用1500N/cm2的压强压制30s，取出室温25℃下贮存12h。本专利技术的专利技术原理：多孔芳香聚合物结构内含有苯环，苯环含有π键，锂盐中含有锂离子，锂离子和苯环之间存在一种阳离子-π相互作用，这种作用力很强，相互作用能为-38.62Kcal/mol。因此，多孔芳香聚合物能通过吸附作用把锂盐固定在孔道中。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为；本专利技术的存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物电化学性能优异，存锂能力强，有很高的容量，质子在孔道中传输快，倍率性能高，经实验检测，该材料具有一定的电导率，并且质子电导率能达到10-4数量级。本专利技术的存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物制备固态电解质片的方法，工艺简单，无需烧结，制备的固态电解质片能够应用在全固态电解质锂离子电池中，替代液态电解质锂离子电池的电解液和隔膜作传导作用，有效降低锂离子电池爆炸、微短路等安全隐患，且其工作电压高，比能量大，自放电小，无环境污染，循环寿命长，材料稳定。在25℃下，将电池分别在0.2C、0.5C、1C、2C、3C、4C的电流密度，2.5-4.1V的电压范围内进行恒电流充放电测试，循环次数在200-1000次，循环衰减率最大仅为14.1％，库伦效率也几乎都达到100％。本专利技术制备全固态电解质电池的方法简单、成本低，制备的全固态电解质电池能有效解决全固态电解质电池的界面电阻问题，在存锂能力和质子传输速率上有突出的表现，给全固态电解质电池的发展提供了新思路，也是全固态电解质电池界的一种突破。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物，其特征在于，该多孔芳香聚合物为孔道内分散有锂盐的多孔芳香聚合物。

【技术特征摘要】
1.存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物，其特征在于，该多孔芳香聚合物为孔道内分散有锂盐的多孔芳香聚合物。2.根据权利要求1所述的存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物，其特征在于，所述锂盐为六氟磷酸锂，所述多孔芳香聚合物为聚四苯甲烷，每克聚四苯甲烷装载5克以内的六氟磷酸锂。3.权利要求1或2所述的存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤一、将多孔芳香聚合物与含有锂盐的有机溶剂混合，惰性气氛下，以200-2000转/min的转速搅拌8-15h，得到混合物；步骤二、惰性气氛下，将混合物分离成固体和液体，固体回收，真空条件下加热干燥，使有机溶剂完全挥发，得到存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物。4.根据权利要求3所述的存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤一中，有机溶剂为质量比为1:1:1的碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯的混合物；所述步骤二中，混合物分离成固体和液体的过程为：将混合物通过玻璃膜过滤器抽滤，滤纸孔径为20-50μm，滤饼即为分离出的固体；所述步骤二中，加热干燥温度为60-80℃，时间为8-10h；所述步骤一和步骤二中，惰性气氛均为无水氮气。5.权利要求1或2所述的存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物在制备全固态电解质电池的固态电解质片中的应用，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将存锂能力强，质子传输效率高的多孔芳香聚合物研磨成均匀的粉末；步骤二、取粉末置于压片模具中，施加10-20Kpa的压力，压成片状，即得固态电解质片。6.根据权利要求5所述的存锂能力强，质子传输效率高的...

【专利技术属性】
技术研发人员：贲腾，裘式纶，邹俊彦，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22