一种应用超临界流体熔喷纺丝制备微孔离子液体/凝胶聚合物电解质纤维的方法，将离子液体，聚合物，锂盐，溶剂，纳米添加物按一定的比例配置，然后导入高压反应釜内得到共混物；将超临界流体导入高压反应釜内与上述共混物混合并在超临界流体中反应；将上述均匀混合材料定量喂入螺杆形成均相体，均相体经熔喷模头入口区、孔流区和膨化区从模头喷丝孔挤出；经自然冷却后得到纤维放入烘干设备中，于80-120℃温度烘干即得离子液体/凝胶聚合物电解质超细微孔类纤维。所制备的离子液体/凝胶聚合物电解质超细微孔类纤维，可满足锂电池为基础的纺织、电气、电子、机械、医疗、化工、食品及航空航天等相关领域的需求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种应用超临界流体熔喷纺丝制备微孔离子液体/凝胶聚合物电解质类纤维的制备方法。
技术介绍
目前，锂离子电池电解液多为液态有机溶液，常用的有机溶剂包括乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)、碳酸二甲酯(DEC)等。但是这些有机溶剂都是易燃物质，并且液态电解液存在漏液的危险，因此在滥用条件下，如加热、过充、过放、短路、振动、挤压等易导致着火、爆炸乃至人员受伤等事件。而聚合物电解质具有不漏液、比能量高、安全性好等优点，对于开发安全性高、绿色环保的锂离子电池电解质体系具有重大意义，但是较低的室温电导率制约了其进一步发展。离子液体，通常是指由有机阳离子与无机或有机阴离子组成，在室温下呈液态的物质。由于离子液体具有非挥发性、蒸汽压低、导电性好、电化学稳定窗口宽、热稳定性好等诸多优点，自20世纪70年代末首次作为电池的电解质使用以来受到越来越多的关注。将离子液体引入聚合物电解质，以期得到不挥发、室温电导率高、安全性好的电解质的设想更是引起了人们的极大兴趣。Fuller等首先将这种设想应用于离子液体/凝胶聚合物电解质的制备，此后在该电解质方面展开了广泛的研究。据目前文献报道，离子液体/聚合物电解质多数采用聚氧乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物聚偏氟乙烯-六氟丙烯这两大类聚 合物为基体。以PEO为基体，分别引入离子液体N-甲基-N-丙基吡咯-二(三氟甲基磺酰)亚胺(PYR13TFSI)、N-甲基-N-丙基吡咯-二(三氟甲基磺酰)亚胺(PYR14TFSI)、1_甲基-4- 丁基吡啶-二(三氟甲基磺酰)亚胺(BMPy-TFSI)，成功得到了离子液体/凝胶聚合物电解质。但其室温电导率并不理想，未达10_3 S * cm-1数量级，从而限制了上述PEO基离子液体/聚合物电解质的应用范围；另一方面，PVDF或P(VDF-HFP)聚合物基体常与咪唑类离子液体组合制备离子液体/聚合物电解质，由于其室温电导率可达10_3 S ^nT1数量级而吸引了众多研究者的目光。研究人员分别采用1，2_二甲基-3-N-丁基咪唑(DMBITFSI)、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸(EMIBF4)、1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸(BMIPF6)咪唑类离子液体成功制备了 PVDF基或P (VDF-HFP)基-离子液体/聚合物电解质。然而，多数研究仅局限于探讨PVDF基或P (VDF-HFP)基-离子液体/聚合物电解质本身的离子传输，电化学稳定窗口等性能，而对此类电解质与电极材料的相容性问题却很少关注，此类离子液体/凝胶聚合物电解质在锂离子电池中的成功应用更是没有报道。本专利拟采用纺丝的技术制备离子液体/凝胶聚合物电解质微孔超细纤维，并通过添加EC/PC增塑剂改善离子传输特性和电化学稳定窗口。解决电解质与电极材料的相容性问题。熔喷纤维生产技术的发展和产品应用领域的拓展促进了高性能聚合物的使用，以满足产业用纺织品的特别需求，如纤维细度小，耐高温、耐化学性、良好的强度和弹性、医疗用产品舒适性、与食品接触的安全性等要求。超临界流体，是指某种物质在临界点临界温度，临界压力以上，所具有不同于液体或气体的独特物性的流体，既具有气体的特性又具有液体的特性，因此可以说，超临界流体是存在于气体、液体这两种流体状态以外的第三流体。超临界流体具有与液体相近的密度，因而有很强的溶剂强度，同时具有与气体相近的粘度，流动性比液体好得多，传质系数也比液体大得多。且流体的密度、溶剂强度和粘度等性能均可通过压力和温度的变化方便地进行调节，因而有广泛的应用前景。采用超临界CO2进行萃取已得到广泛研究和工业应用。在聚合物加工中采用超临界CO2虽然不多，但已得到相当的重视和广泛的研究，如超临界CO2为介质的聚合反应、采用超临界CO2向聚合物中加入添加剂、超临界CO2溶胀聚合得到共混物和复合材料、聚合物分级、萃取齐聚物和溶剂、微球和微纤制备、结晶等。在微孔聚合物制备中使用超临界流体具有以下优点: (I)传质系数高，可在较短的时间内达到平衡浓度，因而缩短了加工时间，使微孔聚合物制备的工业应用成为可能。(2)在相同温度下，使用超临界CO2可达到更高的平衡浓度，因而可得到更高的泡孔密度和更小的泡孔直径。(3)由于超临界流体溶入聚合物可大大降低聚合物的粘度，从而减少了熔喷压力并提高熔体的流动性。通过改变超临界流体的温度或压力，可以得到处于气态和液态之间的任一密度；在临界点附近，压力和温度的微小变化可导致密度的巨大变化。由于粘度、介电常数、扩散系数和溶解能力都与密度有关，因此可以方便地调节压力和温度来控制超临界流体的物理化学性质。微孔聚合物的制备主要基于气体过饱和法。基本过程为:首先使高压气体(CO2和队)溶解于聚合物中形成聚合物/气体饱和体系；然后通过压力骤降和(或)温度骤升使之进入过饱和状态，从而大量气核同时引发和增长；最后通过淬火等方法使微孔结构定型。传统泡沫塑料物理发泡的改进在于严格控制温度、压力、时间等工艺参数，使得大量气核能够同时引发，且不归并成大泡，从而得到微孔结构。采用过饱和原理制备微孔聚合物的工艺方法，根据操作的连续程度不同主要有分步法、半连续法以及挤出、注塑、滚塑等连续法。分步法及半连续法由于形成聚合物/气体饱和体系所需时间由气体向聚合物基体的扩散速度决定，因而耗时长，无法满足工业生产的需要，主要应用于理论研究。而与实际熔喷加工相一致的连续法的出现，使得微孔离子液体/凝胶聚合物电解质类纤维的实际应用成为可能。微孔离子液体/凝胶聚合物电解质类纤维的力学性能主要取决与微孔结构(包括:孔尺寸、孔密度、孔分布、和孔取向)以及分子链取向。而通过优化工艺，控制微孔结构和分子链取向可以得到性能优良的微孔离子液体/凝胶聚合物电解质类纤维。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用超临界流体熔喷纺丝制备微孔离子液体/凝胶聚合物电解质超细纤维的方法，以满足锂电池为基础的纺织、电气、电子、机械、医疗、化工、食品及航空航天等相关领域的需求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下: 本专利技术的应用超临界流体熔喷纺丝制备微孔离子液体/凝胶聚合物电解质类纤维的方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)分别称取离子液体1-12重量份、聚合物1-9重量份、溶剂80-90重量份、纳米添加物1-3重量份，然后将聚合物溶于部分N-甲基吡咯烷酮中，将锂盐、纳米添加物和离子液体溶于剩余的N-甲基吡咯烷酮中，控制溶液中锂盐的浓度为lmol/L，然后同时导入装有内衬的高压反应釜内均匀搅拌混合得到共混物； (2)将超临界流体导入高压反应釜内与上述共混物混合并维持压力为7-17MPa,温度为50-380°C下搅拌使原料混合均匀，同时在超临界流体中反应合成6-24小时； (3)将上述均匀混合材料定量喂入螺杆，在螺杆进料段被输送和均匀共混，继而经螺杆压缩段压实并逐渐成均相体； (4)在过滤器部分，均相体经过过滤介质，滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂； (5)在计量泵部分，均相体经齿轮计量泵进行熔体计量，以精确控制纤维细度和均匀度； (6)均相体经熔喷模头入口区、孔流区和膨化区从模头喷丝孔挤出； (7)从模头喷丝孔挤出的均相体体细流因环境压力突然降低发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用超临界流体熔喷纺丝制备微孔离子液体/凝胶聚合物电解质纤维的方法，?其特征在于：包括如下步骤：（1）分别称取离子液体1?12重量份、聚合物1?9重量份、溶剂80?90重量份、纳米添加物1?3重量份，然后将聚合物溶于部分N?甲基吡咯烷酮中，将锂盐、纳米添加物和离子液体溶于剩余的N?甲基吡咯烷酮中，控制溶液中锂盐的浓度为1mol/L，然后同时导入装有内衬的高压反应釜内均匀搅拌混合得到共混物；（2）将超临界流体导入高压反应釜内与上述共混物混合并维持压力为7?17?MPa，温度为x?x℃下搅拌使原料混合均匀，同时在超临界流体中反应合成6?24小时；（3）将上述均匀混合材料定量喂入螺杆，在螺杆进料段被输送和均匀共混，继而经螺杆压缩段压实并逐渐成均相体；(4)?在过滤器部分，均相体经过过滤介质，滤去杂质和聚合反应后残留的催化剂；(5)在计量泵部分，均相体经齿轮计量泵进行熔体计量，以精确控制纤维细度和均匀度；(6)均相体经熔喷模头入口区、孔流区和膨化区从模头喷丝孔挤出；(7)从模头喷丝孔挤出的均相体体细流因环境压力突然降低发生膨化胀大的同时，受到两侧高速热空气流的牵伸，处于粘流态的熔体细流被迅速拉细；同时，两侧的室温空气掺入牵伸热空气流，使熔体细流冷却固化成形，形成超细微孔类纤维。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张迎晨，吴红艳，张夏楠，肖俊，贾卫芳，沈小刚，伦瑞欣，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：
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