一种基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质及制备方法技术

本发明专利技术属于新能源材料技术领域，涉及一种水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质及制备方法。本发明专利技术采用化学发泡法，以水性聚氨酯泡沫作为骨架引入离子传导聚合物，并将其浸泡在碱性溶液中，得到基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质。所述离子传导聚合物作为离子传输载体，在水性聚氨酯泡沫中形成离子传输通路，进而使该材料获得优异的综合性能，使得该电解质不仅力学性能优良，回弹性好，在碱性条件下具有较好的稳定性；同时本发明专利技术制备的碱性固体电解质的具有较低的体积电阻和较高的室温电导率。具有较低的体积电阻和较高的室温电导率。具有较低的体积电阻和较高的室温电导率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质及制备方法


[0001]本专利技术属于新能源材料
，涉及基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质及制备方法。

技术介绍

[0002]在全球能源面临枯竭的境况下，减少传统化石能源使用的呼声日益强烈，这进一步加快了新能源替换传统化石能源的脚步。而作为新能源的重要组成部分，锂离子电池具有比能量高、密度高、循环寿命长的特点，近年来受到广泛应用。随着科技的发展，锂离子电池的使用越来越普及，并不断向着质量轻、性能全面、功能多样等方向快速发展，其安全性能方面同样备受关注，因此全固态电池应运而生，采用固态电解质来替换掉传统的电解液，能够避免电解液在易燃易爆的有机溶剂中泄露而造成安全事故。
[0003]聚合物电解质作为固态电解质中的一员，相比于传统电解液，具有安全性好、能量密度高、无泄露等优点。理想的聚合物电解质需要满足以下几个方面的性能要求：离子电导率高、离子迁移数可观、机械强度高、电化学稳定性窗口宽、化学稳定性和热稳定性好、与电极的相容性好、价格低廉且环境友好。然而，单一聚合物电解质难以满足所有要求，并且由于结构原因，大多数聚合物电解质的离子电导率较低、长期稳定性较差。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述问题，为了提高聚合物电解质综合性能，将单一可传导离子的聚合物引入综合性能优异的聚合物体系中，并在体系中构建离子传导通道，依次设计了一种以水性聚氨酯泡沫为基体、离子传导聚合物负载的碱性固体电解质。具体包括：采用化学发泡法，以离子传导聚合物水溶液作为化学发泡剂来制备水性聚氨酯泡沫，并将其浸泡在碱性溶液中，得到基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质。本专利技术选用水溶性聚合物作为离子传输载体，在水性聚氨酯泡沫中形成离子传输通路，进而使该材料获得优异的综合性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质的制备方法，包括如下步骤：（1）将脱水后的多元醇与多异氰酸酯加入到反应容器中，在机械搅拌下反应，反应温度为80
‑
90 ℃，开始反应1 h内加入二羟甲基丁酸和一缩二乙二醇，得到溶液A，继续反应30 min后加入有机溶剂，反应2 h后加入二月桂酸二丁基锡，得到水性聚氨酯预聚体；反应期间添加有机溶剂能够降低体系黏度、防止暴聚；（2）将步骤（1）中所述水性聚氨酯预聚体的温度降低至50
‑
56 ℃，并加入三乙胺中和，反应20~40 min后得到溶液B；（3）制备离子传导聚合物水溶液，按一定质量比将所述溶液B和所述离子传导聚合物水溶液混合，并使用匀浆机分散均匀，然后通过干燥的方式除掉多余的水分，得到水性聚
氨酯泡沫；（4）将步骤（3）中所述水性聚氨酯泡沫切成薄片，将所述薄片浸泡于碱性溶液中，即得到基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质。
[0006]优选的，步骤（1）中所述反应时间为8
‑
13 h。
[0007]优选的，步骤（1）中所述多元醇中羟基与所述多异氰酸酯中异氰酸酯基的摩尔比为1:1~1.4。
[0008]优选的，步骤（1）中所述二羟甲基丁酸与多元醇摩尔比为0.2
‑
0.6:1、一缩二乙二醇与多元醇摩尔比为0.5
‑
0:9:1、二月桂酸二丁基锡与多元醇摩尔比为0.02
‑
0.03:1。
[0009]优选的，步骤（1）中所述二月桂酸二丁基锡分四次加入，每次间隔1h。
[0010]优选的，步骤（1）中所述有机溶剂的添加量为溶液A总质量的50
‑
100%。
[0011]优选的，步骤（1）中所述多元醇选自聚四氢呋喃醚二醇、聚氧化乙烯多元醇、聚氧化丙烯多元醇、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷中的至少一种。
[0012]优选的，步骤（1）中所述多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,6
‑
六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)中的至少一种。
[0013]优选的，步骤（2）中所述有机溶剂选自丙酮、丁酮、N
‑
甲基吡咯烷酮中的至少一种。
[0014]优选的，步骤（2）中所述三乙胺与二羟甲基丁酸的摩尔比为1~1.2:1；有机溶剂的加入量通过观察体系黏度。
[0015]优选的，步骤（3）中所述离子传导聚合物选自聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚氧化乙烯中的至少一种。
[0016]优选的，步骤（3）中所述离子传导聚合物水溶液的质量分数为5~20%。
[0017]优选的，步骤（3）中所述离子传导聚合物水溶液与所述溶液B的质量比为（0.8~2）:1。
[0018]优选的，步骤（3）中所述的干燥方式选自冷冻干燥、常压干燥、超临界CO2干燥中的任意一种。
[0019]优选的，步骤（4）中所述碱性溶液选自氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液、氢氧化锂水溶液中的至少一种。
[0020]优选的，步骤（4）中所述碱性溶液的浓度为4~10 mol/L。
[0021]优选的，步骤（4）中所述浸泡的时间为1
‑
24 h。
[0022]本专利技术还提供上述方法制备的基于水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：（1）本专利技术以水性聚氨酯泡沫作为骨架引入离子传导聚合物来制得水性聚氨酯/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质，使得该电解质不仅力学性能优良，回弹性好，在碱性条件下具有较好的稳定性；同时具备优异的电性能。
[0024]（2）本专利技术在聚氨酯发泡过程中，水溶性离子传导聚合物与聚氨酯分子链能够通过化学结合位点和分子链的相互穿插形成互穿网络结构，实现了离子传导聚合物与聚氨酯的稳固结合，提升了复合泡沫的稳定性。
[0025]（3）本专利技术制备的碱性固体电解质的具有较低的体积电阻和较高的室温电导率。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实施例1、实施例7步骤（4）的泡沫薄片浸泡碱液之后的交流阻抗曲线；图2为本专利技术实施例1、实施例7制备的碱性固体电解质的室温电导率图。
具体实施方式
[0027]下面结合具体实施例来进一步描述本专利技术，本专利技术的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但实施例仅是范例性的，并不对本专利技术的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本专利技术的精神和范围下可以对本专利技术技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本专利技术的保护范围内。
[0028]实施例1一种基于水性聚氨酯泡沫/离子传导聚合物复合泡沫的碱性固体电解质的制备方法，包括以下步骤：（1）称取20.0 g的无水化处理的聚四氢呋喃醚二醇（数均分子量为650）和15.0 g HDI加入到反应容器中，在220 rpm、80 ℃搅拌的条件下反应9 h，反应开始1 h内加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
h。10.如权利要求1
‑
9任一项所述方法制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡小霞，武凡婷，李聪，张国涛，郭舒荣，刘伟良，姚金水，乔从德，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：