CN104966847A - 一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法及应用 - Google Patents

一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法及应用，所述方法包括如下步骤：S1、按照比例由聚氨酯硬链段和聚氨酯软链段制备水性聚氨酯预聚体；S2、用二氨基磺酸锂对水溶性聚氨酯预聚体进行高锂盐化处理，得到高锂离子浓度的水性聚氨酯离聚体。高锂离子浓度可显著提高水性聚氨酯的电导率，由于极性的差异，水性聚氨酯的软硬段，倾向各自成相，这种相分离现象，为离子传导提供了理想的环境；水性聚氨酯离聚体可进一步制得基于石墨烯聚合物电解质的锂离子电池，所得电池可广泛应用于手机、电脑等电子产品，汽车、电动自行车等交通工具，还可用于要求能量密度高、循环寿命长、体积小的航空航天领域等。

Description

一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法及应用
技术领域
本发明属于聚合物锂离子电池领域，具体地说涉及一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法及其在聚合物电解质中的应用。
背景技术
根据锂离子电池所用电解质材料的不同，锂离子电池分为液态锂离子电池(Liquified Lithium-Ion Battery，简称为LIB)和聚合物锂离子电池(PolymerLithium-Ion Battery,简称为PLB)，其中，聚合物锂离子电池采用固体聚合物电解质，这种聚合物可以是“干态”的，也可以是“胶态”的，电解质中不含有自由液体，无液体渗漏的缺点，不易燃烧、安全性高；同时外型灵活性高，可以制成各种形状的电池和超薄型电池；具有更长的使用寿命，容量损失小；体积利用率高，比液体锂电池要高10-20％；不需要串联就可以做成大电池；不必使用传统的隔膜材料；更易大规模工业化生产且应用领域更广。
聚合物电解质是聚合物锂离子电池的核心所在，含有聚合物材料且能发生离子迁移，其不但具有较好的导电性，而且还具有高分子材料特有的质轻、弹性好、易成膜等特点，符合化学电源质轻、安全、高效、环保的发展趋势，因此成为化学电源研究的热点。聚合物电解质的种类很多，按照主体成分可以分为：聚醚系(主要为聚氧化乙烯PEO)、聚丙烯腈系(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯系(PMMA)，按照有无溶剂可以分为不含溶剂的全固态聚合物电解质(Solidpolymer Electrolyte，简称为SPE)和含有有机增塑剂的凝胶型聚合物电解质(Gel Polymer Electrolyte，简称为GPE)，上述聚合物电解质中，基于PEO、PAN、PMMA的SPE虽然改善了漏液和体积变化等缺陷，但是电导率不高；而基于PEO、PMMA的GPE机械强度不高，PAN因-CN基与金属锂相容性差、与锂电极界面钝化现象严重也限制了其应用。可见，基于上述有机主体成分的聚合物电解质各有不同的缺陷，影响了使用价值，因此开发新的全固态聚合物电解质是现阶段的研究重点。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有聚合物电解质存在电导率不高、机械强度不足、有机基团与金属锂相容性差，使用价值受到影响从而提出一种高电导率、高电容量、且使用范围更广的石墨烯聚合物电解质组份的制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供了一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其包括如下步骤：
S1、按照比例由聚氨酯硬链段和聚氨酯软链段制备水性聚氨酯预聚体；
S2、用二氨基磺酸锂对所述水溶性聚氨酯预聚体进行高锂盐化处理，得到高锂离子浓度的水性聚氨酯离聚体。
进一步地，所述水性聚氨酯由NCO/OH的比例为1.0-1.8的聚氨酯硬链段和聚氨酯软链段组成。
进一步地，所述水性聚氨酯通式为
进一步地，所述聚氨酯硬链段通式为
所述聚氨酯软链段通式为
进一步地，所述二氨基磺酸锂的加入量为所述水性聚氨酯预聚体质量的3-5％。
进一步地，所述步骤S1中还包括加入扩链剂DMPA得到预聚体的步骤。
进一步地，所述步骤S1中还包括加入占所述水性聚氨酯预聚体质量8-12％的IPDI和占所述水性聚氨酯预聚体质量0.03-0.06％的催化剂T-12的步骤。
本发明还提供了一种所述的制备方法得到的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体在全固态聚合物电解质中的应用。
本发明还提供了一种所述的制备方法得到的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体在凝胶态聚合物电解质中的应用。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明提供的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，包括如下步骤：S1、按照比例由聚氨酯硬链段和聚氨酯软链段制备水性聚氨酯预聚体；S2、用二氨基磺酸锂对所述水溶性聚氨酯预聚体进行高锂盐化处理，得到高锂离子浓度的水性聚氨酯离聚体。得到的水性聚氨酯离聚体是一种具有多嵌段的共聚物，具有优良的综合性能；高锂离子浓度可显著提高水性聚氨酯的电导率，由于极性的差异，水性聚氨酯的软硬段倾向各自成相，当材料受到外力时，软硬链段之间微相分离的存在，使水性聚氨酯具有独特的性能。硬段微区在软段基体中起到物理交联点的作用，可防止分子链之间的相对滑移；软段的玻璃化温度较低，可以使材料具有良好的低温弹性。由于硬段较少，因而在软硬段复合物以分散相的形式存在，软段则以连续相的形式存在，这种相分离现象，为离子传导提供了理想的环境。可以进一步将水性聚氨酯离聚体用作聚合物电解质原料，与其它无机材料如石墨烯复合，结合两者优异的理化性质，最终制得的聚合物锂离子电池具有高机械强度、高电导率、大功率和大倍率。可广泛应用于手机、电脑等电子产品，汽车、电动自行车等交通工具，还可用于要求能量密度高、循环寿命长、体积小的航空航天领域等。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其包括如下步骤：
S1、在500ml带搅拌温度计、回流冷凝器及加料器的四口烧瓶中，按照NCO/OH的比例为1.2加入质量比为1：1的PEG(2000)和PTMG(2000)，在110℃下室温脱水2h，降温至80℃后加入所述PEG和所述PTEG总质量4％的DMPA，真空脱水1h，降温至60℃，得到预聚物，向其中加入所述预聚物质量3％的溶剂NMP，并加入所述预聚物质量8％的IPDI以及所述预聚物质量0.03％的T-12，缓慢升温至85℃，持续反应3h，直至NCO值达到理论值，所述NCO值可以通过二正丁胺法测定，即得到NCO封端的水性聚氨酯预聚体；
S2、向所述水性聚氨酯预聚体中加入所述水性聚氨酯预聚体质量3％的二氨基磺酸锂，进行扩链，得到高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体，反应式如下：
实施例2
本实施例提供一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其包括如下步骤：
S1、在500ml带搅拌温度计、回流冷凝器及加料器的四口烧瓶中，按照NCO/OH的比例为1.4加入质量比为2：1的PEG(2000)和PTMG(2000)，在120℃下室温脱水3h，降温至85℃后加入所述PEG和所述PTEG总质量3.5％的DMPA，真空脱水1.5h，降温至65℃，得到预聚物，向其中加入所述预聚物质量5％的溶剂NMP，并加入所述预聚物质量10％的IPDI以及所述预聚物质量0.05％的T-12，缓慢升温至90℃，持续反应4h，直至NCO值达到理论值，所述NCO值可以通过二正丁胺法测定，即得到NCO封端的水性聚氨酯预聚体；
S2、向所述水性聚氨酯预聚体中加入所述水性聚氨酯预聚体质量4％的二氨基磺酸锂，进行扩链，得到高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体，反应式如下：
实施例3
本实施例提供高锂盐浓度的一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其包括如下步骤：
S1、在500ml带搅拌温度计、回流冷凝器及加料器的四口烧瓶中，按照NCO/OH的比例为1.8加入质量比为1.5：1的PEG(2000)和PTMG(2000)，在120℃下室温脱水4h，降温至75℃后加入所述PEG和所述PTEG总质量5％的DMPA，真空脱水2h，降温至70℃，得到预聚物，向其中加入所述预聚物质量7％的溶剂NMP，并加入所述预聚物质量12％的IPDI以及所述预聚物质量0.06％的T-12，缓慢升温至90℃，持续反应4.5h，直至NCO值达到理论值，所述NCO值可以通过二正丁胺法测定，即得到NCO封端的水性聚氨酯预聚体；
S2、向所述水性聚氨酯预聚体中加入所述水性聚氨酯预聚体质量5％的二氨基磺酸锂，进行扩链，得到高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体，反应式如下：
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、按照比例由聚氨酯硬链段和聚氨酯软链段制备水性聚氨酯预聚体；
S2、用二氨基磺酸锂对所述水溶性聚氨酯预聚体进行高锂盐化处理，得到高锂离子浓度的水性聚氨酯离聚体。
2.根据权利要求1所述的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其特征在于，所述水性聚氨酯由NCO/OH的比例为1.0-1.8的聚氨酯硬链段和聚氨酯软链段组成。
3.根据权利要求1或2所述的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其特征在于，所述水性聚氨酯通式为
4.根据权利要求3所述的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯硬链段通式为
所述聚氨酯软链段通式为
5.根据权利要求4所述的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其特征在于，所述二氨基磺酸锂的加入量为所述水性聚氨酯预聚体质量的3-5％。
6.根据权利要求5所述的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括加入扩链剂DMPA得到预聚物的步骤。
7.根据权利要求6所述的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括加入占所述预聚物质量8-12％的IPDI和占所述预聚物质量0.03-0.06％的催化剂T-12的步骤。
8.采用权利要求1-7任一项所述的制备方法得到的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体在全固态聚合物电解质中的应用。
9.采用权利要求1‐7任一项所述的制备方法得到的高锂盐浓度的水性聚氨酯离聚体在凝胶态聚合物电解质中的应用。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107394264A (zh) * 2017-07-12 2017-11-24 安徽大学 耐高温的水性聚氨酯固态电解质及其制备方法
CN111244553A (zh) * 2020-03-23 2020-06-05 成都新柯力化工科技有限公司 一种磷酸镍锂高压锂电池安全电解液
CN111540956A (zh) * 2020-05-08 2020-08-14 武汉瑞科美新能源有限责任公司 一种原位固化的电极微界面处理工艺
CN111769322A (zh) * 2020-06-23 2020-10-13 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种无溶剂型全固态聚合物电解质及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010014715A1 (en) * 2000-02-03 2001-08-16 Harald Blum Aqueous barrier coating compositions containing polyurethane dispersions
US20060116454A1 (en) * 2004-12-01 2006-06-01 Bedri Erdem Stable thermally coaguable polyurethane dispersions

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010014715A1 (en) * 2000-02-03 2001-08-16 Harald Blum Aqueous barrier coating compositions containing polyurethane dispersions
US20060116454A1 (en) * 2004-12-01 2006-06-01 Bedri Erdem Stable thermally coaguable polyurethane dispersions

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TSUNG-TIEN CHENG ET AL.: ""Novel water-borne polyurethane based electrolytes for lithium batteries-(Ⅰ) tailor-made polymer"", 《JOURNAL OF ELECTROANALYTICAL CHEMISTRY》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107394264A (zh) * 2017-07-12 2017-11-24 安徽大学 耐高温的水性聚氨酯固态电解质及其制备方法
CN107394264B (zh) * 2017-07-12 2020-03-20 安徽大学 耐高温的水性聚氨酯固态电解质及其制备方法
CN111244553A (zh) * 2020-03-23 2020-06-05 成都新柯力化工科技有限公司 一种磷酸镍锂高压锂电池安全电解液
CN111540956A (zh) * 2020-05-08 2020-08-14 武汉瑞科美新能源有限责任公司 一种原位固化的电极微界面处理工艺
CN111769322A (zh) * 2020-06-23 2020-10-13 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种无溶剂型全固态聚合物电解质及其制备方法
CN111769322B (zh) * 2020-06-23 2022-06-07 合肥国轩高科动力能源有限公司 一种无溶剂型全固态聚合物电解质及其制备方法

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