高离子电导率的聚氨酯基固态电解质及制备方法技术

本发明专利技术属于新材料领域，涉及高离子电导率的聚氨酯基固态电解质及其制备方法。提供一种将含有氢键和导电粒子LiCl的聚氨酯电解质BDO

【技术实现步骤摘要】
高离子电导率的聚氨酯基固态电解质及制备方法


[0001]本专利技术属于新材料领域，涉及高离子电导率的聚氨酯基固态电解质及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂离子电池能量密度大、输出电压高、自放电低、可循环寿命久、无记忆效应，应用十分广泛。但是锂离子电池电解液易泄露和安全性低的问题严重影响了正常的工业生产，也对人们的健康造成了巨大的威胁。一个理想的聚合物电解质应具备足够高的室温下离子电导率、宽的电化学窗口、热稳定性好、高的锂离子迁移数、高机械强度、成本低和环保无污染等特征。近年来，人们不断对这种固态电解质的导电机理进行探究，高导电性的先决条件是碱金属盐的高度解离和足够高的Li离子迁移数。聚合物基质要有较高的介电常数，这样可以有效的进行自由离子的传输。
[0003]CN202310399006X公开了阻燃材料，尤其涉及防腐水性聚氨酯、防腐水性聚氨酯改性的阻燃材料。阻燃水性聚氨酯乳液，由蓖麻油(CO)、聚己内酯二醇(PCL)、OP550、1,4
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双(2
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羟基乙氧基)苯(HQEE)、2,2
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二羟甲基丁酸(DMBA)制备得到，制备的WPU具有优异的阻燃效果。D2：CN105601828A公开了一种蓖麻油基聚氨酯
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丙烯酸酯乳液的制备方法，在干燥的氮气保护下，先将低聚物多元醇和蓖麻油脱水后加入多异氰酸酯，加入亲水性扩链剂、扩链剂、催化剂和溶剂，降温、乳化，减压脱溶，得到蓖麻油基水性聚氨酯；然后滴加乙烯基单体、引发剂溶液进行乳液聚合，得到蓖麻油基聚氨酯
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丙烯酸酯乳液。同时满足高离子电导率、高机械强度等多种要求的电解质仍然是当前要解决的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的，是针对现有技术的不足，提供一种高离子电导率的聚氨酯基固态电解质及其制备方法。
[0005]本章工作是以可降解的CO和PCL为软段，设计制备出可降解的聚氨酯骨架。将含有多重氢键的1，4
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丁二醇(BDO)引入到聚氨酯分子链上，改善材料分子链上的力学性能。通过将导电粒子LiCl引入到聚氨酯中，最终制备出具备导电性能的聚氨酯基质。
[0006]一种聚氨酯基固态电解质的制备方法，包括下列步骤：
[0007]S1，CO、PCL、BDO在真空烘箱中100～120℃干燥1～3h后进行反应。
[0008]S2，往CO和PCL的混合物中滴加IPDI，滴加温度为25～30℃，
[0009]S3，再加入DBTDL作为催化剂。在70～90℃反应1～3h，
[0010]S4，加入BDO，再加入催化剂DBTDL，反应再进行3～5小时，得到弹性体(PU)，
[0011]S5，制备的弹性体体系中共混LiCl，搅拌半小时后旋蒸除去体系中的DMF，得到PU
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BDO。
[0012]优选的，步骤S1中，在真空烘箱中110℃干燥2h。
[0013]优选的，步骤S2中，滴加温度为30℃，PCL、CO、IPDI摩尔比为9:9:63；
[0014]优选的，步骤S3中，催化剂的质量为单体总质量的0.1～0.3％。
[0015]优选的，步骤S3中，在80℃反应2h。
[0016]优选的，步骤S4中，催化剂的质量为单体总质量的0.1～0.3％。
[0017]优选的，步骤S4中，BDO、PCL、CO、IPDI的摩尔比为40:9:9:63。
[0018]优选的，在反应过程中加入DMF以降低粘度。DMF作为反应溶剂，加入量没有限制。
[0019]优选的，步骤S5中，LiCl在PU中的含量为0～50wt％。
[0020]本专利技术还提供上述方法合成的聚氨酯基固态电解质。
[0021]体系内存在的多重氢键是整个网络机械强度高的原因，即形成的氢键分布在聚合物网络中，氢键的强协同作用使聚合物网络具有优异的机械强度。移动的网络交联结构提供了自由离子迁移的条件，锂离子的解离和迁移赋予聚氨酯基质良好的导电性能，为了验证我们成功合成出聚氨酯基质，我们将制备的材料进行FTIR测试来检测2230～2270cm
‑1处异氰酸酯(
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N＝C＝O)峰的变化，FTIR光谱中异氰酸酯处峰的消失证明了聚氨酯的成功合成。
[0022]高分子纯固态电解质因其高能量密度、安全性、稳定性好等优点逐渐进入人们视野。以纯固态电解质取代传统的液态电解质是解决传统电解液易泄露和安全性稳定性差的主要措施，相较于液态电解液，固态电解质因为固体界面之间的相互接触，导致出现高的界面阻抗，不利于导电性能的提升。并且锂离子在充放电过程中体积的变化也容易造成界面的不稳定性，因此要求聚合物基质有着好的韧性与化学稳定性。聚氨酯材料有着软段和硬段这两相结构，硬段组分作为提供机械强度的部分连接着软段部分，因此有助于提高聚合物电解质的机械性能和稳定性。软段作为提供柔韧性的部分，有着更低的玻璃化转变温度(Tg)和更高的分子链段的运动。两相的复配体系使得金属盐很好的溶解在聚氨酯基质内，并且具有良好的离子导电性。聚氨酯材料完美契合了电解质基质的需求，因此聚氨酯基固态电解质是未来高分子固态电解质发展的重要方向。
[0023]本专利技术的有益效果如下：
[0024]利用可降解的蓖麻油和聚己内酯二醇制备出可降解的聚氨酯基质，将含有1，4
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丁二醇(BDO)和导电粒子LiCl引入到可降解聚氨酯基质中，调控制备出高机械性能和导电性能并存的具备多重氢键网络的离子导电聚合物。
[0025]利用氢键含量不同的BHO和BDO单体制备出不同氢键组分的电解质，探究氢键和交联密度对电解质导电性能的影响。电化学测试表明具备多重氢键的BHO
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PU的电导率普遍低于BDO
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PU，氢键的引入阻碍了导电粒子在聚氨酯基质中传输。
附图说明
[0026]图1实施例1中0wt％LiCl和10wt％LiCl两种电解质的TG曲线。
[0027]图2实施例1的电解质的XRD曲线。
[0028]图3实施例1的电解质的DSC曲线。
[0029]图4实施例1的电解质FTIR曲线。
[0030]图5实施例1的电解质在不同温度下的离子电导率。
[0031]图6实施例1的室温下15wt％LiCl离子电导率。
[0032]图7BHO
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PU和BDO
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PU不同温度下的离子电导率。
[0033]图8为图7的局部放大图。
具体实施方式
[0034]以下通过实施例对本专利技术进行进一步的说明。本专利技术中，如无特殊说明，弹性体与“PU”的含义完全一样。
[0035]原料和试剂
[0036]表1主要原料及试剂
[0037][0038]实验仪器设备
[0039]表2主要实验仪器设备
[0040][0041]可降解聚氨酯基固态电解质测试表征...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯基固态电解质的制备方法，包括下列步骤：S1，CO、PCL、BDO在真空烘箱中100～120℃干燥1～3h后进行反应。S2，往CO和PCL的混合物中滴加IPDI，滴加温度为25～30℃，S3，再加入DBTDL作为催化剂。在70～90℃反应1～3h，S4，加入BDO，再加入催化剂DBTDL，反应再进行3～5小时，得到弹性体(PU)，S5，制备的弹性体体系中共混LiCl，搅拌半小时后旋蒸除去体系中的DMF，得到PU
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BDO。2.如权利要求1所述的聚氨酯基固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S1中，在真空烘箱中110℃干燥2h。3.如权利要求1所述的聚氨酯基固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S2中，滴加温度为30℃。4.如权利要求1所述的聚氨酯基固态电解质的制备方法，其特征在于，步骤S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：班青，孙超凡，刘利彬，吉兴香，陶芙蓉，盖利刚，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学山东省科学院，
类型：发明
国别省市：