一种柔性储能器件电解质材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性储能器件电解质材料及其制备方法。所述柔性储能器件电解质材料为由多孔结构的共价有机骨架材料和基于PPO和TPPO交联而成的聚合物框架材料两者复合而成的柔性凝胶复合膜；在柔性聚合物框架的基础上构建出稳定的人造锂离子共价有机骨架通道。所述柔性储能器件电解质材料在具备可弯曲、折叠和优异拉伸性能的基础上，还同时同步具有良好的电化学性能，可适用于多数柔性储能器件，有利于促进柔性电子器件的开发，有望提高相关产业公司的电池储能产品竞争力，在电池储能推广应用中具有重要社会经济学意义。应用中具有重要社会经济学意义。应用中具有重要社会经济学意义。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性储能器件电解质材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及柔性凝胶电解质材料制备
，尤其涉及一种柔性储能器件电解质材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，可充电锂离子电池作为一种相对成熟的电化学储能技术，由于其高功率、高能量密度、无记忆效应等优点，已被便携式电子设备广泛采用。然而，传统的锂离子电池是刚性和易碎的，无法满足可穿戴电子产品的要求。随着可穿戴电子技术的迅速发展，人们希望设计和开发具有高性能、优异的灵活性和耐久性的柔性电源，以便集成到电子设备中。因此，为可穿戴电子设备制造具有优异灵活性和耐久性的可穿戴电池是非常重要的。
[0003]到目前为止，柔性LIB已经研究了几十年，但都没有在商业中得到很好的应用，其原因可能是能量密度低，机械灵活性差，安全性差，以及不适合可扩展应用。安全性一直是LIB的一个关键问题，对于灵活的LIB来说，安全性变得更具挑战性。目前，大多数报道的柔性LIB采用有机碳酸盐溶剂和基于聚烯烃的隔膜，在柔性电池的弯曲过程中，液体电解质由于其流动性对包装材料有严格的要求。一旦包装材料破损，电解液泄漏和电池短路将造成巨大的安全隐患。凝胶聚合物电解质(GPE)正吸引着人们的浓厚兴趣，被认为是解决LIBs潜在安全问题的有希望的候选者。与液体电解质相比，GPE作为一种膜，在无内部短路、液体电解质无泄漏和不易燃性方面具有若干优势。
[0004]公开号为CN112993256A的专利技术专利公开了一种共价有机框架材料在锂金属负极保护中的应用。所述COFs材料由单体1和单体2通过席夫碱反应制备得到，单体1为1,3,5
‑
三(4
‑
氨基苯基)苯、1,3,5
‑
三(4'
‑
醛基苯基)苯、1,3,5
‑
三氨基苯或均苯三甲醛中的一种，单体2为2,5
‑
二甲氧基对苯二甲醛、2,5
‑
二羟基对苯二甲醛、2,5
‑
二甲氧基对苯二胺、2,5
‑
二羟基苯二胺、对苯二胺或对苯二醛中的一种。以C＝N官能团为结点的大共轭六元环结构，其中还含有规整的一维孔道结构的三维球形结构。但是，该材料在制备过程中反应时间较长，还要进行淬灭反应，引入新的溶剂，导致洗涤时需要用多种溶剂洗涤，使实验过程变得复杂。
[0005]公开号为CN107437600A的专利技术专利公开了一种骨架及凝胶基质一体化的锂离子电池活性隔膜及其制备方法。骨架以线型聚合物PVDF或PVDF
‑
HFP为第一成分，以亲水链末端为乙烯基的线型、梳状或超支化两亲性聚合物为第二成分制得的多孔膜；凝胶基质的配方组成包括：含有不饱和双键的单体或齐聚物、热引发剂和溶剂。但是，该隔膜材料在合成的过程中运用偶氮二异丁腈作为引发剂，但偶氮二异丁腈在热引发的过程中会分解产生N2，在聚合过程中气泡的产生会让聚合物表面和内部有缺陷。
[0006]有鉴于此，有必要设计一种柔性储能器件电解质材料及其制备方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种柔性储能器件电解质材料及其制备方法。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种柔性储能器件电解质材料，其为由多孔结构的共价有机骨架材料和基于PPO和TPPO交联而成的聚合物框架材料两者通过物理共混复合而成的柔性凝胶复合膜；TPPO和PPO在交联的过程中同步把共价有机骨架材料均匀包裹在聚合物框架材料内；
[0009]所述共价有机骨架材料和所述聚合物框架材料的质量比例为1：(23～25)；
[0010]所述柔性储能器件电解质材料在柔性聚合物框架的基础上构建出稳定的人造锂离子共价有机骨架通道，其弹性模量达到0.52MPa，断裂拉伸率达到364.07％，电导率达到1.511
×
10
‑3S cm
‑1；体阻抗为4.446Ω。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述共价有机骨架材料为由1,3,4
‑
三(氨苯基)苯和对苯二甲醛通过席夫碱反应制备得到。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，1,3,4
‑
三(氨苯基)苯和对苯二甲醛的摩尔比为7：4。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述聚合物框架材料中，PPO为PPO
2300
；TPPO为TPPO
440
；PPO和TPPO的摩尔比为3：2。
[0014]为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了上述柔性储能器件电解质材料的制备方法，包括如下步骤：
[0015]S1，共价有机骨架材料制备：
[0016]按预定比例，将1,3,4
‑
三(氨苯基)苯和对苯二甲醛溶解在四乙二醇二甲醚中，50～70℃油浴磁力搅拌0.5～2h，然后静置10～50min，离心洗涤并120～180℃真空干燥处理，制备得到共价有机骨架材料；
[0017]S2，聚合物框架材料溶液的制备：
[0018]按预定比例，将PPO、TPPO分别溶解于碳酸二甲酯中形成PPO混合溶液和TPPO混合溶液，然后，将TPPO混合溶液缓慢滴加到PPO混合溶液中，滴加过程中进行磁力搅拌，得到聚合物框架材料溶液；
[0019]S3，柔性储能器件电解质材料的制备：
[0020]将共价有机骨架材料加入到碳酸二甲酯中超声6～14h后加入到聚合物框架材料溶液中，将混合均匀后的共混溶液倒入模具中，通入惰性气体干燥8～16h，再40～80℃真空干燥8～16h，制备得到柔性储能器件电解质材料。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，1,3,4
‑
三(氨苯基)苯和对苯二甲醛的摩尔比为7：4。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，PPO为PPO
2300
；TPPO为TPPO
440
。
[0023]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，PPO和TPPO的摩尔比为3：2。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述共价有机骨架材料的添加比例为TPPO和PPO交联而成的聚合物框架材料的1/23～1/25。
[0025]为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种锂离子电池，其以上述柔性储能器件电解质材料作为电解质或者隔膜。
[0026]本专利技术的有益效果是：
[0027]1、本专利技术提供的柔性储能器件电解质材料的制备方法，将具备多孔结构的共价有
机骨架材料和基于PPO和TPPO交联而成的聚合物框架材料进行复合，构建得到的柔性凝胶复合膜能够在柔性聚合物框架的基础上构建出稳定的人造锂离子共价有机骨架通道，使得该复合膜在具备可弯曲、折叠和优异拉伸性能的基础上，还同时同步具有良好的电化学性能，可适用于多数柔性储能器件。该柔性凝胶复合膜电解质材料系统中，共价有机骨架COF的多孔结构有利于锂离子的快速传输，聚合物框架使复合膜具体有柔性，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性储能器件电解质材料，其特征在于：所述柔性储能器件电解质材料为由多孔结构的共价有机骨架材料和基于PPO和TPPO交联而成的聚合物框架材料两者通过物理共混复合而成的柔性凝胶复合膜；TPPO和PPO在交联的过程中同步把共价有机骨架材料均匀包裹在交联反应生成的聚合物框架材料内；所述共价有机骨架材料和所述聚合物框架材料的质量比例为1：(23～25)。2.根据权利要求1所述的一种柔性储能器件电解质材料，其特征在于：所述共价有机骨架材料为由1,3,4
‑
三(氨苯基)苯和对苯二甲醛通过席夫碱反应制备得到。3.根据权利要求2所述的一种柔性储能器件电解质材料，其特征在于：1,3,4
‑
三(氨苯基)苯和对苯二甲醛的摩尔比为7：4。4.根据权利要求1所述的一种柔性储能器件电解质材料，其特征在于：所述聚合物框架材料中，PPO为PPO
2300
；TPPO为TPPO
440
；PPO和TPPO的摩尔比为3：2。5.权利要求1至4中任一项权利要求所述的一种柔性储能器件电解质材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1，共价有机骨架材料制备：按预定比例，将1,3,4
‑
三(氨苯基)苯和对苯二甲醛溶解在四乙二醇二甲醚中，50～70℃油浴磁力搅拌0.5～2h，然后静置10～50min，离心洗涤并120～180℃真空干燥处理，制备得到共价有机骨架材料；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹元成，王富禾，郭亚晴，韩奇高，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：