一种微孔离子液体/凝胶聚合物电解质类纤维的方法，分别将一定量的聚合物溶于NMP中,锂盐、纳米添加物和离子液体溶于NMP，然后同时导入三螺杆密炼挤出机混合得到共混物，将超临界流体导入三螺杆密炼挤出机与上述共混物混合，使共混物在超临界流体中反应合成。继而经螺杆压缩段压实并逐渐成均相体，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，形成超细微孔类纤维，自然冷却后于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三螺杆密炼挤出机纺丝制备微孔离子液体/凝胶聚合物电解质类纤维的方法。
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.cm-1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鲜有报道。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。随着共混分散加工的飞速发展，对加工中各种组分的细化、分散效果及最终混合物的混合状态，形态结构要求越来越高，相应地出现了种类繁多的适应不同混合工艺要求的混炼设备，如双螺杆挤出机，盘式挤出机，行星螺杆挤出机，还有近两年推向市场的往复式单螺杆混炼挤出机，以及螺杆震动连续混炼机，这些设备在改性领域发挥着很好的作用。应当肯定，机械设备是完成混合、分散工艺、实现改性的重要工具。三螺杆密炼挤出机的出现为混合、分散工艺提供了新的技术平台，因为呈等边三角形排列的三根螺杆在中心区间形成了一个闭合空间，由于螺纹元件是三个头的，当螺杆转动一周时，在螺杆的任一截面，中心区间的面积将由小变大变化三次，如0°时区间面积最小，旋转60°时变为最大，之后又逐渐变小到120°时回到最小，如此循环，如螺杆长颈比为30，当螺杆转速为500转/分钟时，每分钟的变化次数为30X3X500=45000次，即45000次压力脉动。显而易见，双螺杆只有一个啮合点，三螺杆有三个啮合点，仅就此而言，一台三螺杆挤出机相当于三台双螺杆挤出机，物料在啮合点处受到双倍圆周速度的强烈剪切，加上加热器加热物料将很快塑化。同时，由于每次压缩比都达到43倍，形成特定的密练分散超强功能。单螺杆没有啮合区，双螺杆有一个啮合区，一字排列的三螺杆有两个啮合区，三角形排列的三螺杆有三个啮合区。三螺杆挤出机啮合区增多使得碾压面积成倍增加，运转中对物料构成了高效的挤压、破碎、揉捏、压延、拉伸作用。因此，螺杆每旋转一周都会增加物料混炼、均化、揉捏和剪切的次数，设备的混炼、熔融和分散混合的能力更强，正是这种高效的混捏作用，使三螺杆无需单螺杆或双螺杆的大直径、大长径比，就可获得同等质量同等产量的生产条件，充分体现出三螺杆挤出机高效的混合均化特性、结构上的紧凑性和经济性。共混物的广泛应用和市场需求量的不断增大，人们对共混物材料的性能要求也不断提高，但大多数共混物的各组分间是热力学不相容的，不相容的共混物分散相相畴粗大、两相之间的界面作用薄弱，力学性能差、实用价值降低，而通过不同的加工条件可改善制品的微观结构、提高制品的使用性能。三螺杆共混物混炼挤出过程，将不可避免地对分散相在基体中的分散形态及两相界面产生影响。一方面，共混物三螺杆动态混炼挤出机螺杆的轴向螺纹的高速运动引起了大分子链段的扩散和运动，减小了大分子链段、链段之间的相互缠结及分子滑移阻力，使分子解缠、取向更加容易，分散相和连续相的界面面积增大，分散相粒子的分布更加均匀，形状更规则；另一方面，共混物三螺杆动态混炼挤出机的螺杆啮合间隙的周期性变化导致间隙内的分散相粒子受到振动研磨，引起的纯拉伸流场亦有利于分散相的破碎，从而使分散相粒子粒径减小，分散混合效果提闻。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、扩散系数本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微孔离子液体/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1mol/L，然后同时导入三螺杆密炼挤出机混合得到共混物；（2）将超临界流体导入三螺杆密炼挤出机与上述共混物混合并维持压力为7?17?MPa，使共混物在超临界流体中反应合成；继而经螺杆压缩段压实并逐渐成均相体；(3)?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；(4)?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；(5)?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；(6)?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；（7）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。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张迎晨，张夏楠，吴红艳，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：
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