[發明專利]一種超支化聚氨酯磺酸鹽及其固體高分子電解質膜的制造方法

有效

• 申請號: 201110364946.2
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN102504162A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 林華玉;盧江;梁暉;潘滴云;黎瑞楊
• 申請（專利權）人: 中山大學;佛山市南海霸力化工制品有限公司
• 主分類號: C08G18/32
• 分類號: C08G18/32;C08G18/83;C08L29/14;C08L75/04;C08K5/29;C08K5/3492;H01B1/12;C08J5/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

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技術領域

本發明涉及一種超支化聚氨酯磺酸鹽及其固體高分子電解質膜的制造方法。

背景技術

固體高分子電解質由于在電子、醫療、空間技術、電致變色等領域有著廣泛的應用前景，已經成為功能導電材料的研究熱點之一。

固體高分子電解質可分為雙離子傳導體系和單離子傳導體系，雙離子傳導體系由聚合物基體與無機鹽組成，這種體系存在著在直流電壓下電介質內部極化、電阻增加而影響導電的問題。單離子體系則將陰、陽離子中的一種接在聚合物上使它不能自由遷移，起導電作用的是反電性的離子，這樣就可以克服極化的缺點。單離子傳導體系一般為聚合物鹽，由于其中只有一種導電離子，因此要求聚合物鹽較容易離解，目前應用得較多的是聚合物的磺酸鹽。

傳統的固體高分子電解質采用的聚合物為線性的，這些聚合物由于在常溫下易結晶，造成鏈段運動困難，因此其常溫下的電導率較低，限制了在實際中的應用。而以超支化聚合物作為高分子固體電解質具有如下特點：1）超支化聚合物具有的特殊球狀外形使其有較高的表面積，可以提高體系的離子電導率；2）超支化聚合物無結晶性，對在電極間運載電荷的相應離子具有較高的溶解能力和電化學穩定性；3）超支化聚合物具有較低的玻璃化轉變溫度；4）超支化聚合物中含有的“孔洞”結構有利于離子傳輸，提高離子的電導率。

超支化聚合物雖然呈無定形狀，克服了結晶的影響，但缺少一定的鏈纏結，離子的傳輸仍然困難，并且超支化聚合物的成膜性及機械強度也差，單獨作為固體高分子電解質受到了很大限制。通過采用共混、互聯網絡、交聯等將超支化聚合物與強度較高作為骨架的聚合物連接起來，就可以充分利用兩者的優點，得到性能優良的聚合物電解質。

專利文獻[1]報道了一種聚[雙（聚乙二醇）苯甲酸酯超支化聚合物磺酸鹽的高分子電解質膜，該高分子固體電解質在150℃，非增濕條件下的電導率達10^-4S/cm。非專利文獻[1]和非專利文獻[2]也報道了這種聚[雙（聚乙二醇）苯甲酸酯超支化聚合物磺酸鹽的高分子電解質膜，依據磺酸鹽的含量，在150℃非增濕條件下的電導率在2.2?×?10^-4?至?3.3?×?10^-6?S/cm?之間。非專利文獻[3]報道了一種超支化聚縮水甘油磺酸鹽與聚氧化乙烯聚氨酯組成的聚合物固體電解質，其室溫（25℃）電導率達到6×10^-6S/cm?。上述文獻均需要經過較復雜的合成步驟才能得到超支化聚合物的磺酸鹽，并且磺酸鹽僅存在于超支化聚合物的末端，含量較低。本發明所述的超支化聚氨酯磺酸鹽目前未見有任何文獻報道，并且本發明僅通過簡單的合成步驟就可以得到一種分子中含有大量磺酸鹽的超支化聚氨酯，再與聚乙烯醇縮丁醛進行交聯反應就可以得到一種較高強度的固體高分子電解質膜。本發明所用的原料都已經有工業化生產，可以以低廉的成本得到具有特殊分子結構的固體高分子電解質膜。

專利文獻[1]：?ZL?200580012294.3（US?Patent?7993767）

非專利文獻[1]：Takahito?Itoh,?et?al，?“Synthesis,?ionic?conductivity,?and?thermal?properties?of?proton?conducting?polymer?electrolyte?for?high?temperature?fuel?cell”，Solid?State?Ionics?，177?(2006)?，p185?–?189

非專利文獻[2]：Takahito?Itoh，et??al，?“Proton-conducting?electrolyte?membranes?based?on?hyperbranched?polymer?with?a?sulfonic?acid?group?for?high-temperature?fuel?cells”，Electrochimica?Acta?,55?(2010)?,p1419–1424

非專利文獻[3]：陳建軍，王新靈，唐小真，“聚氨酯/超支化聚醚磺酸鹽固體聚合物電解質的研究”，高分子材料科學與工程，第18卷第三期（2002），p143—146。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種超支化聚氨酯磺酸鹽及其固體高分子電解質膜的制備方法。