【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学，尤其涉及一种共价有机框架自支撑隔膜的制备方法及其应用。
技术介绍
1、随着全球人口持续增长和经济快速发展，对能源的需求不断增加。传统能源如化石燃料存在供应紧张和环境污染等问题，因此寻找可持续、清洁能源替代品成为迫切的需求。二次电池作为一种能够将化学能转化为电能的装置，具有高能量密度、便携性和可重复充放电等特点，因此成为了能源储存和转换的一种重要技术手段。
2、目前对电池领域的研究也面临着一些挑战，其中最重要的问题之一就是使用寿命短和循环稳定性差。电池的寿命和循环稳定性是电池可靠性和经济性的关键。电池在长时间使用和循环充放电过程中，金属阳极会形成枝晶，在循环的过程中刺穿隔膜，使正负极相互接触从而造成电池内部短路；同时阴极会发生重复的氧化还原反应使其结构被破坏或产生易于溶解在电解液中的放电产物，出现容量衰减。面对上述挑战，科学家和工程师们正在开展各种研究和创新，包括新材料的开发、电极结构和设计的优化、电解液的改进、隔膜改性等，以推动二次电池能量密度和循环稳定性的进步和突破。
3、共价有机框架材料(cofs)作为一类新兴材料，当前被广泛研究。cofs通常由重复单元组成的晶态结构，具有丰富孔道、大比表面积和低密度等特性。由于共价键的存在，cofs还具有较高的化学稳定性和热稳定性。同时可以通过选择不同的有机单体分子和合成方法对cofs进行调控，构建出各种不同的结构和拓扑类型的cofs。通过调整有机单体分子的结构、功能基团的引入等策略，可以调节其孔径大小、孔道结构和本征化学性质，从而实现对客体的
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种共价有机框架自支撑隔膜的制备方法及其在电池中的应用，以解决
技术介绍
中的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，包括以下步骤：
4、步骤一：将有机单体m1、m2、均三甲苯、二氧六环和乙酸的混溶液加入到耐热玻璃管中，超声分散均匀，然后在液氮中冷冻，抽真空，再解冻至室温，将“冷冻-抽真空-解冻”过程重复3-5次，最后用火焰密封，放置在120℃的干燥箱中反应加热3天，收集沉淀物，用四氢呋喃和二氯甲烷的混合溶液进行6～24小时的索氏提取处理。然后在60℃～80℃下真空干燥6～12小时，得到cof材料。
5、步骤二：将cof材料置于醋酸盐的溶液中，室温下搅拌72小时，反应结束后用水进行洗涤，收集固体，然后在80℃～120℃下真空干燥15-20小时，得到金属阳离子取代的cof材料。
6、步骤三：将金属阳离子取代的cof材料和细菌纤维素分别在水中分散均匀，然后混合、搅拌均匀，再减压抽滤至微孔滤膜上，干燥后薄膜可揭落，得到共价有机框架自支撑隔膜。
7、在上述技术方案的基础上，本专利技术还提供以下可选技术方案：
8、在一种可选方案中：所述有机单体m1具有如下结构：
9、
10、其中：
11、x为h、oh、och3、cl、br和i中的任意一种元素或基团。
12、在一种可选方案中：所述有机单体m2具有如下结构：
13、
14、其中：
15、y为cooh、so3h和po4h2中任意一种基团；
16、z为h、oh和och3中任意一种元素或基团；
17、q为h、cooh、so3h和po4h2中任意一种元素或基团。
18、在一种可选方案中：步骤一中有机单体m1与m2加入的物质的量之比为1:1.2～1:1.8；加入的均三甲苯与二氧六环的体积比为0.3～3，加入3～6mol·l-1浓度的乙酸体积量为0.2～1.0ml。
19、在一种可选方案中：步骤二中的醋酸盐为锌盐、钠盐和锂盐中的任意一种，其浓度为0.8～2.5mol·l-1；cof材料与醋酸盐的质量之比为1:10～1:100。
20、在一种可选方案中：步骤三中掺入金属离子的cof材料与细菌纤维素和水的质量比分别为1:4～1:10和1:20～1:100；干燥时采用真空干燥、常压鼓风干燥、真空冷冻干燥中的任意一种方法，在-50℃～120℃下干燥6～24小时。
21、一种共价有机框架自支撑隔膜在电池中的应用，其特征在于，将自支撑隔膜用于扣式电池或方形电池或圆柱电池或软包电池的组装。
22、在一种可选方案中：组装的电池可以为锂离子电池或钠离子电池或锌离子电池。
23、相较于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
24、1、本专利技术提供的隔膜制备方法设计科学合理，工艺简单，适用性强，可以应用在锂、钠和锌离子电池中。制备的共价有机框架自支撑隔膜可以防止正极在多次的反应过程中结构被破坏，同时抑制金属负极界面副反应的发生，有效提高电池的循环稳定性能。
25、2、本专利技术的共价有机框架隔膜具有规整的孔道结构，掺入的金属阳离子增强了对离子选择透过性，可提高离子有效迁移数，有效提高电池在大电流倍率下快速充放电性能。
26、3、本专利技术的共价有机框架隔膜由于共价键的存在能够在较高温度和化学环境下保持结构完整性，能够提高电池在宽温域内的循环稳定性；同时混合细菌纤维素制成薄膜后拥有良好的机械性能，组装成电池可以避免金属枝晶刺穿隔膜，延长电池的使用寿命。
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1.一种共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，所述有机单体M1具有如下结构：
3.根据权利要求1所述的共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，所述有机单体M2具有如下结构：
4.根据权利要求1所述的共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，步骤一中有机单体M1与M2加入摩尔比为1:1.2～1:1.8，加入的均三甲苯与二氧六环的体积比为0.3～3，加入的乙酸浓度为3～6mol·L-1。
5.根据权利要求1所述的共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，步骤二中的醋酸盐为锌盐、钠盐和锂盐中的任意一种，其浓度为0.8～2.5mol·L-1，共价有机框材料与醋酸盐的质量比为1:10～1:100。
6.根据权利要求1所述的共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，步骤三中金属离子取代的共价有机框架材料与细菌纤维素和水的质量比分别为1:4～1:10和1:20～1:100；干燥时采用真空干燥、常压鼓风干燥、真空冷冻干燥中的任
7.一种权利要求1-6任一项所述的共价有机框架自支撑隔膜在电池中的应用，其特征在于，将共价有机框架自支撑隔膜用于扣式电池或方形电池或圆柱电池或软包电池的组装。
8.根据权利要求7所述的电池应用，其特征在于，所述的电池种类为锂离子电池或钠离子电池或锌离子电池。
...【技术特征摘要】
1.一种共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
2.根据权利要求1所述的共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，所述有机单体m1具有如下结构：
3.根据权利要求1所述的共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，所述有机单体m2具有如下结构：
4.根据权利要求1所述的共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，步骤一中有机单体m1与m2加入摩尔比为1:1.2～1:1.8，加入的均三甲苯与二氧六环的体积比为0.3～3，加入的乙酸浓度为3～6mol·l-1。
5.根据权利要求1所述的共价有机框架自支撑隔膜的制备方法，其特征在于，步骤二中的醋酸盐为锌盐、钠盐和锂盐中的任意一种，其浓度为...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐杰，杨宇婷，戴庆宇，王宇阳，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：
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