CN102255106B - 静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法 - Google Patents
静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102255106B CN102255106B CN2011101117979A CN201110111797A CN102255106B CN 102255106 B CN102255106 B CN 102255106B CN 2011101117979 A CN2011101117979 A CN 2011101117979A CN 201110111797 A CN201110111797 A CN 201110111797A CN 102255106 B CN102255106 B CN 102255106B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pampsli
- polymer electrolyte
- electrospinning
- fiber based
- acrylamide
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000005518 polymer electrolyte Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 15
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 40
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 24
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 23
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 229920005601 base polymer Polymers 0.000 claims description 19
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 2-(2-cyanopropan-2-yldiazenyl)-2-methylpropanenitrile Chemical compound N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 8
- KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N Ethylene carbonate Chemical compound O=C1OCCO1 KMTRUDSVKNLOMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000006837 decompression Effects 0.000 claims description 4
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 4
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 4
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 abstract description 20
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 15
- 230000010287 polarization Effects 0.000 abstract description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 3
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005213 imbibition Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 abstract description 2
- MSWXGRFAOYXBBF-UHFFFAOYSA-N ethenyl acetate;methyl 2-methylprop-2-enoate Chemical compound CC(=O)OC=C.COC(=O)C(C)=C MSWXGRFAOYXBBF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 abstract 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 33
- OCLXJTCGWSSVOE-UHFFFAOYSA-N ethanol etoh Chemical compound CCO.CCO OCLXJTCGWSSVOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 6
- -1 LiClO 4 Chemical class 0.000 description 5
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 5
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N AIBN Substances N#CC(C)(C)\N=N\C(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-VAWYXSNFSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000002585 base Substances 0.000 description 3
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920000867 polyelectrolyte Polymers 0.000 description 2
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013870 LiPF 6 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001458 anti-acid effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 125000000959 isobutyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])(C([H])([H])[H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法，它属于聚合物锂离子电池用聚合物电解质的制备领域。本发明要解决盐聚合物电解质体系中存在浓差极化现象、离子迁移数低的问题。本发明制备的PAMPSLi纤维基聚合物电解质，采用聚电解质PAMPSLi作为聚合物基体和锂离子源，可以有效的消除浓差极化现象，制得的薄膜具有亚微米级的孔结构，比表面积大，吸液率高。此外采用二元溶剂体系制备纺丝液，纤维的形状和尺寸可通过调整二元溶剂组成进行控制。PAMPSLi纤维基单离子聚合物电解质室温离子电导率可达2.12×10-5S/cm，电化学稳定性好，电化学窗口达4.4V vs Li，满足锂离子电池的应用要求。本发明制备工艺简单，不需要消耗大量的溶剂，环境污染小适于工业化规模生产。
Description
技术领域
本发明属于聚合物锂离子电池用聚合物电解质的制备领域；具体涉及静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法。
背景技术
随着能源危机问题的日益严峻，有效利用能源，使其更好地为我们的生产和生活服务成为全球各国普遍关注的问题。锂离子电池作为优良的电池储能系统具有较高的能量密度和充放电转化率，被认为是一种最佳的绿色储能方式。聚合物锂离子电池是在液体锂离子电池的基础上发展起来的新一代可充电锂离子电池，它结构简单，外形设计上灵活多变，改善了液体锂离子电池的漏液、爆炸等安全性问题。作为聚合物锂离子电池重要组成部分，聚合物电解质的制备和性能研究在锂离子电池研究领域中越来越为人们所重视。
静电纺丝法作为一种制备纳米和亚微米级纤维无纺布薄膜的方法，工艺操作简单，制得的聚合物薄膜具有大的比表面积，相互连接的孔结构和高的孔隙率，适合于用作聚合物电解质的基体材料。利用静电纺丝法制备的聚合物电解质薄膜，如电纺聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜，电纺偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVdF-HFP)薄膜和电纺聚丙烯腈(PAN)薄膜已经被证明具有较高的吸电解液能力和优异的电化学性能。
然而，以这些聚合物为基质形成的聚合物电解质均为锂盐掺杂体系，在这些体系中，通过外加锂盐如LiClO4，LiPF6，LiCF3SO3，LiN(CF3SO2)2，LiBF4等提供导电载流子，锂盐的阴阳离子在电场作用下分别向正负极移动，同时参与导电。在这一过程中阴离子不参与电极反应，而是在电极/电解质的界面附近堆积起来形成浓度梯度，产生浓差极化现象。进而形成与外加电场相反的极化电势，电解质内部电势降低，阻碍锂离子的迁移，导致材料的离子电导率随时间迅速衰减，电流密度降低，严重影响电池的能量密度和使用寿命。
发明内容
本发明要解决盐聚合物电解质体系中存在浓差极化现象，离子迁移数低的问题；而提供了静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法。
静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法是按下述步骤进行的：
一、将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(简称AMPS)缓慢加入N，N-二甲基甲酰胺(简称DMF，作为溶剂)中，制成浓度为2.0mol/L的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的N，N-二甲基甲酰胺溶液，再加入偶氮二异丁腈(简称AIBN，作为引发剂)使偶氮二异丁腈的浓度为AMPS质量的1％，通氮气30min(目的排除氧气)，然后在75℃条件下聚合10h得到PAMPS的DMF溶液；
二、用去离子水将PAMPS的DMF溶液稀释至PAMPS浓度为40g/L，然后缓慢加入碳酸锂(Li2CO3)(锂离子置换出磺酸根的氢离子)，碳酸锂与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为1∶2，搅拌2h，静止48h，减压蒸馏(去除大部分溶剂)，再用丙酮沉淀后放入真空干燥箱80℃烘干48h得到聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂)(PAMPSLi)。
三、将步骤二获得的聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂)溶于溶剂中，溶剂由去离子水和乙醇按2/3～7/3∶1质量比混合而成，得到电纺溶液，采用静电纺丝方法进行电纺，然后放置在真空干燥箱里80℃干燥48h(除去溶剂)，制得的PAMPSLi电纺薄膜，然后放入充满氩气的手套箱中备用；
四、将碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)按照1∶1的质量比混合制得增塑剂，然后将步骤三制得的PAMPSLi电纺薄膜浸入到增塑剂中浸泡10min，得到PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜。
本发明通过一种简单而有效的静电纺丝法制备一种新型的单离子聚合物电解质薄膜，将阴离子固定在聚合物分子链上，消除浓差极化现象，提高锂离子的迁移数，薄膜具有高的比表面积和相互连通的孔结构，具有较强的吸液能力，在不外加任何锂盐的情况下，具有较高的离子电导率和较好的电化学稳定性。本发明制备的PAMPSLi纤维基聚合物电解质，采用聚电解质PAMPSLi作为聚合物基体和锂离子源，可以有效的消除浓差极化现象，制得的薄膜具有亚微米级的孔结构，比表面积大，吸液率高。此外采用二元溶剂体系制备纺丝液，纤维的形状和尺寸可通过调整二元溶剂组成进行控制。PAMPSLi纤维基单离子聚合物电解质室温离子电导率可达2.12×10-5S/cm，电化学稳定性好，电化学窗口达4.4Vvs Li，满足锂离子电池的应用要求。本发明制备工艺简单，不需要消耗大量的溶剂，环境污染小适于工业化规模生产。
附图说明
图1是溶剂由去离子水和乙醇EtOH按60∶40质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜微观形貌图；图2是图1中单根纤维的放大图；图3是溶剂由去离子水和乙醇EtOH按50∶50质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜微观形貌图；图4是图3中单根纤维的放大图；图5是溶剂由去离子水和乙醇EtOH按40∶60质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜微观形貌图；图6是图5中单根纤维的放大图；图7是溶剂由去离子水和乙醇EtOH按30∶70质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜微观形貌图；图8是图7中单根纤维的放大图；图9是PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜离子电导率和温度关系曲线图，-■-表示溶剂由去离子水和乙醇EtOH按60∶40质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜离子电导率和温度关系曲线，-●-表示溶剂由去离子水和乙醇EtOH按50∶50质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜离子电导率和温度关系曲线，-▲-表示表示溶剂由去离子水和乙醇EtOH按40∶60质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜离子电导率和温度关系曲线，
表示表示溶剂由去离子水和乙醇EtOH按30∶70质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜离子电导率和温度关系曲线；图10是PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的线性扫描伏安曲线图，其中1表示溶剂由去离子水和乙醇EtOH按60∶40质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的线性扫描伏安曲线；2表示溶剂由去离子水和乙醇EtOH按50∶50质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的线性扫描伏安曲线；3表示溶剂由去离子水和乙醇EtOH按40∶60质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的线性扫描伏安曲线；4表示溶剂由去离子水和乙醇EtOH按30∶70质量比组成制成PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的线性扫描伏安曲线；5表示商用电池隔膜(Cellguard2400)的线性扫描伏安曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法是按下述步骤进行的：
一、将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(简称AMPS)缓慢加入N，N-二甲基甲酰胺(简称DMF，作为溶剂)中，制成浓度为2.0mol/L的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的N，N-二甲基甲酰胺溶液，再加入偶氮二异丁腈(简称AIBN，作为引发剂)使偶氮二异丁腈的浓度为AMPS质量的1％，通氮气30min(目的排除氧气)，然后在75℃条件下聚合10h得到PAMPS的DMF溶液；
二、用去离子水将PAMPS的DMF溶液稀释至PAMPS浓度为40g/L，然后缓慢加入碳酸锂(Li2CO3)(锂离子置换出磺酸根的氢离子)，碳酸锂与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为1∶2，搅拌2h，静止48h，减压蒸馏(去除大部分溶剂)，再用丙酮沉淀后放入真空干燥箱80℃烘干48h得到聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂)(PAMPSLi)。
三、将步骤二获得的聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂)溶于溶剂中，溶剂由去离子水和乙醇按2/3～7/3∶1质量比混合而成，得到电纺溶液，采用静电纺丝方法进行电纺，然后放置在真空干燥箱里80℃干燥48h(除去溶剂)，制得的PAMPSLi电纺薄膜，然后放入充满氩气的手套箱中备用；
四、将碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)按照1∶1的质量比混合制得增塑剂，然后将步骤三制得的PAMPSLi电纺薄膜浸入到增塑剂中浸泡10min，得到PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜。
本实施方式的主要原料中2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)是一种强酸型酸性化合物，结构中含有强阴离子性磺酸基团，屏蔽的酰胺基团及不饱和双键。酰胺基团使其有很好的水解稳定性、抗酸、抗碱及热稳定性。而活泼的双键又使其具有加成、聚合性能，不仅可以自身发生均聚，也可与多种单体共聚，磺酸基团可以和锂盐发生中和反应，锂离子置换出磺酸根的氢离子，同时与磺酸基相连的异丁基聚有较大的体积有利于锂离子的离解。
本实施方式聚电解质PAMPSLi的合成过程简图：
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三所述静电纺丝方法是通过一个注射泵来控制纺丝液的流速，并将纺丝液从一个不锈钢针头挤出，不锈钢针头与高压电源的正极相连，电源负极与接收板相连，固定针板间的距离为20cm，纺丝电压为19kV。其它步骤和参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三所述溶剂由去离子水和乙醇按1∶1质量比混合而成。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤三所述溶剂由去离子水和乙醇按3∶2质量比混合而成。其它步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：本实施方式中静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法是按下述步骤进行的：
一、将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(简称AMPS)缓慢加入N，N-二甲基甲酰胺(简称DMF，作为溶剂)中，制成浓度为2.0mol/L的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的N，N-二甲基甲酰胺溶液，再加入偶氮二异丁腈(简称AIBN，作为引发剂)使偶氮二异丁腈的浓度为AMPS质量的1％，通氮气30min(目的排除氧气)，然后在75℃条件下聚合10h得到PAMPS的DMF溶液；
二、用去离子水将PAMPS的DMF溶液稀释至PAMPS浓度为40g/L，然后缓慢加入碳酸锂(Li2CO3)(锂离子置换出磺酸根的氢离子)，碳酸锂与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸为1∶2，搅拌2h，静止48h，减压蒸馏(去除大部分溶剂)，再用丙酮沉淀后放入真空干燥箱80℃烘干48h得到聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂)。
三、将步骤二获得的聚(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂)溶于溶剂中，溶剂由去离子水和乙醇按40∶60、50∶50、60∶40或70∶30质量比混合而成，得到电纺溶液，采用静电纺丝方法进行电纺，然后放置在真空干燥箱里80℃干燥48h(除去溶剂)，制得的PAMPSLi电纺薄膜，然后放入充满氩气的手套箱中备用；
四、将碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC)按照1∶1的质量比混合制得增塑剂，然后将步骤三制得的PAMPSLi电纺薄膜浸入到增塑剂中浸泡10min，得到PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜。
在其它条件一致的条件下，改变电纺液中二元溶剂的组成比例，可得到不同形状和尺寸的纤维。如图1-8所示，当H2O/EtOH比例为60/40，50/50时，纤维呈圆形，平均纤维直径分别为170nm和270nm；当H2O/EtOH比例为40/60，30/70时，纤维呈扁平缎带状，平均纤维尺寸分别为720nm和1500nm。二元溶剂组成的变化造成纤维的形状和尺寸发生相应的变化。
图9PAMPSLi单离子传输纤维基聚合物电解质离子电导率随着温度的升高逐渐增大。二元溶剂组成不同，聚合物电解质的室温电导率不同，随着乙醇含量的增大，室温电导率先减少后增大，主要是溶剂组成变化导致纤维的形状和尺寸相应变化，进而影响纤维的比表面积和吸液率，最终造成室温电导率的差别。
图10中的曲线5为采用商用隔膜进行电化学稳定性测试得到的结果，对比可见，商用电池隔膜的电化学窗口为4.1V，PAMPSLi单离子传输纤维基聚合物电解质具有更高的电化学窗口4.4V，PAMPSLi电纺薄膜与增塑剂结合后电化学稳定性优于商用电解质隔膜。
Claims (4)
1.静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法，其特征在于静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法是按下述步骤进行的：
一、将2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸缓慢加入N,N-二甲基甲酰胺中，制成浓度为2.0mol/L的2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的N,N-二甲基甲酰胺溶液，再加入偶氮二异丁腈使2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的N,N-二甲基甲酰胺溶液中偶氮二异丁腈的浓度为2×10-2mol/L，通氮气30min，然后在75℃条件下聚合10h得到PAMPS的DMF溶液；
二、用去离子水将PAMPS的DMF溶液稀释至PAMPS浓度为40g/L，然后缓慢加入碳酸锂，碳酸锂与2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸的摩尔比为1:2，搅拌2h，静止48h，减压蒸馏，再用丙酮沉淀后放入真空干燥箱80℃烘干48h得到聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂）；
三、将步骤二获得的聚（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸锂）溶于溶剂中，溶剂由去离子水和乙醇按（2/3~7/3）:1质量比混合而成，得到电纺溶液，采用静电纺丝方法进行电纺，然后放置在真空干燥箱里80℃干燥48h，制得的PAMPSLi电纺薄膜，然后放入充满氩气的手套箱中备用；
四、将碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯按照1:1的质量比混合制得增塑剂，然后将步骤三制得的PAMPSLi电纺薄膜浸入到增塑剂中浸泡10min，得到PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜。
2.根据权利要求1所述静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法，其特征在于步骤三所述静电纺丝方法是通过一个注射泵来控制纺丝液的流速，并将纺丝液从一个不锈钢针头挤出，不锈钢针头与高压电源的正极相连，电源负极与接收板相连，固定针板间的距离为20cm，纺丝电压为19kV。
3.根据权利要求1或2所述静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法，其特征在于步骤三所述溶剂由去离子水和乙醇按1:1质量比混合而成。
4.根据权利要求1或2所述静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法，其特征在于步骤三所述溶剂由去离子水和乙醇按3:2质量比混合而成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011101117979A CN102255106B (zh) | 2011-04-29 | 2011-04-29 | 静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2011101117979A CN102255106B (zh) | 2011-04-29 | 2011-04-29 | 静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102255106A CN102255106A (zh) | 2011-11-23 |
| CN102255106B true CN102255106B (zh) | 2013-05-29 |
Family
ID=44982187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2011101117979A Expired - Fee Related CN102255106B (zh) | 2011-04-29 | 2011-04-29 | 静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102255106B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103184540B (zh) * | 2011-12-27 | 2015-05-06 | 中原工学院 | 应用三螺杆密炼挤出机纺丝制备LiMn2O4的微孔类纤维的方法 |
| CN103065815B (zh) * | 2012-12-31 | 2015-11-25 | 华为技术有限公司 | 一种电能储能薄膜及其制备方法、电能储能装置 |
| CN103093970B (zh) * | 2012-12-31 | 2015-09-30 | 华为技术有限公司 | 一种电能储能薄膜及其制备方法、电能储能装置 |
| CN104562272A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-04-29 | 哈尔滨工业大学 | 静电纺丝法组装聚己内酯多元醇基聚氨酯微/纳米纤维形状记忆聚合物 |
| CN107323040B (zh) * | 2017-06-27 | 2019-02-12 | 哈尔滨理工大学 | 一种三明治结构全有机介质及其制备方法 |
| CN108716025B (zh) * | 2018-04-16 | 2019-09-17 | 中国地质大学（武汉） | 一种制备单离子传导聚合物电解质复合纤维隔膜的方法 |
| CN108832178B (zh) * | 2018-06-20 | 2020-06-09 | 哈尔滨工业大学 | 单离子聚合物电解质及其制备方法和应用 |
| CN108808129A (zh) * | 2018-06-28 | 2018-11-13 | 肇庆市华师大光电产业研究院 | 一种用于水系钠离子电池的凝胶电解质的制备方法 |
| CN111072950A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-04-28 | 深圳职业技术学院 | 聚芳醚酮聚合物合成方法、PAEK膜和PAEK-Al2O3复合膜制备方法及应用 |
| CN112481829A (zh) * | 2020-11-16 | 2021-03-12 | 华中科技大学 | 一种单离子导体聚合物电解质复合隔膜、其制备方法及应用 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102013516B (zh) * | 2010-10-22 | 2012-11-07 | 浙江大学 | 一种多孔纤维凝胶聚合物电解质及其制备方法 |
-
2011
- 2011-04-29 CN CN2011101117979A patent/CN102255106B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102255106A (zh) | 2011-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102255106B (zh) | 静电纺丝法制备PAMPSLi纤维基聚合物电解质膜的方法 | |
| CN104183867B (zh) | 一种单离子导体纳米颗粒增强锂电池隔膜或聚合物电解质的制备方法和应用 | |
| KR101610446B1 (ko) | 리튬 황 이차전지 분리막 | |
| CN102199846A (zh) | 一种多孔聚合物电解质支撑膜材料及其制备方法和应用 | |
| CN111554979A (zh) | 一种全固态锂电池的制备方法 | |
| CN110212242B (zh) | 一种多孔凝胶聚合物电解质及其制备方法 | |
| CN102738442A (zh) | 一种高能量密度充放电锂电池 | |
| CN110165308B (zh) | 一种带负电荷的多孔离子传导膜在碱性锌基电池中的应用 | |
| CN110048158A (zh) | 一种原位聚合双层聚合物电解质膜及其制备方法和应用 | |
| CN102276860B (zh) | 互穿网络结构P(LiAMPS)基单离子传输凝胶聚合物电解质薄膜的制备方法 | |
| CN102104171A (zh) | 一种锂离子电池凝胶态聚合物电解质及其制备方法和应用 | |
| CN105845965A (zh) | 一种锂硫电池用离子导电聚合物隔膜及其制备方法和应用 | |
| CN108538633B (zh) | 一种新型超级电容器用高电导率聚合离子液体电解质 | |
| CN115020802A (zh) | 原位紫外光固化纳米纤维复合固态电解质及其制备方法和应用 | |
| CN114792775A (zh) | 一种聚合物涂层改性的锌负极及其制备方法与应用 | |
| CN100513467C (zh) | 一种多孔型凝胶聚合物电解质薄膜及其制备方法 | |
| CN113921768A (zh) | 一种柔性自支撑铁掺杂多孔碳纳米纤维锂金属负极骨架材料的制备方法 | |
| CN107887643A (zh) | 含耐高温固态poss基离子液体的固态聚合物电解质及其制备方法 | |
| CN110931850A (zh) | 聚硅氧烷复合电解质、其应用及其制备方法 | |
| CN110165128B (zh) | 一种膜表面带负电荷的多孔离子传导膜在碱性锌基电池中的应用 | |
| CN113224396B (zh) | 一种三室结构的锌-聚合物水系可充电电池及其制备方法 | |
| CN115810793A (zh) | 一种聚酰亚胺-聚乙二醇基聚合物固态电解质及其制备方法和锂离子电池 | |
| CN112909316B (zh) | 商用隔膜基三明治结构聚合物复合固态电解质膜及其制备方法 | |
| CN104681863A (zh) | 低结晶多孔纳米纤维制备的凝胶型聚合物电解质骨架材料 | |
| CN114350004A (zh) | 一种具有半互穿网络结构的聚合物电解质及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130529 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |