[發明專利]一種單片型雙極膜在鋰硫電池中的應用

在審

• 申請號: 201710305796.5
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN106920913A
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發明（設計）人: 趙金保;王昀暉
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M10/052;C08J7/16;C08L27/18;C08L23/06;C08L23/12
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙)35200
• 代理人: 馬應森

1.單片型雙極膜，其特征在于由陽離子交換層和陰離子交換層組成，并通過輻照法制備得到；所述單片型雙極膜厚度為2～200μm；

所述陽離子交換層的化學結構如下：

其中，M為基底膜，為一類對高能射線敏感的有機高分子薄膜，為聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯-四氟乙烯共聚物、全氟乙丙烯聚合物、四氟乙烯與全氟丙基乙烯基醚共聚物；n為聚合度，為正整數；R₁和R₂為氫原子或碳原子數小于4的烷基；R₃為碳原子數小于4的烴基；X⁺為H⁺、Li⁺、Na⁺、K⁺中的任一種；

所述陰離子交換層的化學結構如下：

其中，M為基底膜，與陽離子交換層的基底膜一致，m為聚合度且為整數；R₄、R₅為氫原子或碳原子數小于4的烷基；R₆為碳原子數小于12的烴基；X^-為Cl^-、Br^-、I^-、OH^-、SO₃H^-中的任一種。

2.如權利要求1所述單片型雙極膜的制備方法，其特征在于采用雙面同時接枝法為：

1)清除雜質：將基底膜清洗干凈，真空干燥至恒重；

2)輻照：將基底膜至于輻照室中，用高能射線對其輻照一定劑量；

3)同時接枝：將基底膜放入反應器中，使基底膜的兩個側面分別浸潤于陽面接枝單體溶液和陰面接枝單體溶液中，然后將反應器放到恒溫水浴鍋中適當的時間進行接枝，得到接枝膜；

4)磺化：將接枝膜陽面單體一側浸泡于磺化試劑中，在一定溫度下進行磺化反應后，于氫氧化鈉水溶液中水解，然后使用去離子水洗滌，干燥，即得陽離子交換層；

5)季銨化：將枝膜陰面單體一側浸泡于季銨化試劑，在一定溫度下進行季銨化反應，去離子水洗滌后，得到陰離子交換層，同時也成功制成單片型雙極膜。

3.如權利要求2所述單片型雙極膜的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所述基底膜是一類對高能射線敏感的有機高分子薄膜，為聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯-四氟乙烯共聚物、全氟乙丙烯聚合物、四氟乙烯與全氟丙基乙烯基醚共聚物的至少一種；在步驟2)中，所述高能射線為電子束或者γ射線；所述輻照總劑量為20～200kGy。

4.如權利要求2所述單片型雙極膜的制備方法，其特征在于在步驟3)中，所述陽面接枝單體溶液中單體選自苯環上含有不飽和烴基的一類有機化合物，選自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯；溶劑是甲苯、異丙醇、乙醇等；所述陰面接枝單體溶液中單體選自咪唑環上含有不飽和烴基的一類有機化合物，選自乙烯基咪唑、烯丙基咪唑；溶劑是水、乙醇、甲醇；所述恒溫水浴鍋的溫度為20～90℃；所述恒溫水浴鍋的時間為0.5～24h。

5.如權利要求2所述單片型雙極膜的制備方法，其特征在于在步驟4)中，所述磺化反應的溫度為室溫，磺化反應的時間為0.25～6h；在步驟5)中，所述季銨化試劑為鹵代烷烴，選自碘甲烷、溴乙烷、正溴丁烷、芐氯，所述季銨化反應的溫度為0～90℃，季銨化反應的時間為4～72h。