[發明專利]一種磺化聚芳醚酮、制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010539791.0
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111718482B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 呼微;梁笑笑;楊雪;杜新偉;趙麒;劉佰軍;王艷淼;徐義全;王寒冰;張亮
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: C08G65/48
• 分類號: C08G65/48;C08G65/40;D01F6/78;D04H1/728;D01D5/00;D06M13/503;H01M50/403;H01M50/411;H01M10/052;D06M101/30
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本發明提供了一種磺化聚芳醚酮、制備方法及其應用。本發明以六氟雙酚A、4,4?雙（4?羥苯基）戊酸、2,2’?二烯丙基雙酚A、1,4雙（4?氟苯甲酰）苯和濃硫酸為原料制備性能優異的磺化聚芳醚酮，并通過靜電紡絲技術對磺化聚芳醚酮進行加工獲得多孔磺化聚芳醚酮靜電紡絲膜，再將多孔磺化聚芳醚酮靜電紡絲膜通過浸潤鋰鹽溶液進行改性最終獲得磺化聚芳醚酮鋰電池隔膜。本發明制備的磺化聚芳醚酮鋰電池隔膜具備優異的力學性能、熱穩定性及電化學性能，在0.2 C倍率下循環200圈后，磺化聚芳醚酮鋰電池隔膜依然具有良好的庫倫效率，放電比容量仍然能達到150 mAh g^?1以上。

技術領域

本發明屬于鋰電池技術領域，具體涉及磺化聚芳醚酮、制備方法及其通過靜電紡絲技術和鋰鹽浸潤方法在多孔鋰電池隔膜的應用。

背景技術

隨著當今世界對可持續發展的要求越來越高，鋰電池因其能量密度高、循環穩定性高以及環保等優點，已廣泛應用于手機、電腦和電動汽車等領域，并隨著電子設備產業的發展對電性能提出了更髙的要求，鋰電池有望成為未來社會的主要能源形式之一。鋰電池的工作原理是鋰離子在正極與負極之間自由移動，反復進行嵌入與脫嵌；與傳統電池不同，鋰電池由幾個主要部分構成，包括負極（陽極）、隔膜、正極（陰極）、電解液及其它構件。

鋰電池隔膜作為鋰電池的核心材料，是一層位于鋰電池正極與負極材料之間微孔分布均勻的多孔隔膜，主要種類分為聚烯烴隔膜、無紡布隔膜及有機/無機復合隔膜；鋰電池隔膜在電池中主要有兩點作用，首先，它是鋰離子的良導體，能夠吸收并保持電解液，形成暢通的離子通道，使鋰離子能夠自由通過；同時它是電子的絕緣體，能夠阻隔鋰電池的正負極發生直接接觸而造成鋰電池短路。然而，目前商業化的鋰電池用聚烯烴隔膜由于熱尺寸穩定性較差，在高溫環境下使用可能會導致鋰電池陽極與陰極直接接觸，從而產生大量電流，發生過熱甚至引起燃燒爆炸，限制鋰電池進行更為廣泛的應用；而有機/無機復合隔膜因為材料中存在著有機成分，難以滿足動力鋰電池的需求。因此，開發一種滿足動力鋰電池需求、同時具備優異熱穩定性的隔膜，對開拓鋰電池的應用領域具有重大的意義和作用。

聚芳醚酮（PEEK）是一種高性能聚合物材料，其分子結構中含有剛性的苯環，因此具有優異的熱穩定性、力學性能、耐腐蝕性及化學穩定性；同時分子結構中含有的醚鍵(AR-O-AR)、羰基(-CO-)等極性基團可以與極性的電解液之間發生相互作用，從而提高了對電解液的浸潤能力；此外，通過磺化等手段將-F和-SO₃H等功能性基團引入聚芳醚分子鏈中,可以使這類材料獲得特殊的性能，是一種制備鋰電池隔膜的理想材料。但PEEK的溶解性較差，具有很高的化學穩定性，不溶于除濃硫酸外一般的強酸或強堿試劑中；所以一般采用高溫熔噴的方法成膜，但這種方法能源消耗大、操作條件苛刻，不適于大規模的工業生產。因此，考慮到電池產業的實際需求，亟需一種操作簡單且環保的方法來制備綜合性能優異的鋰電池隔膜。

靜電紡絲是一種即既高效又獨特的聚合物納米纖維制備技術，可制備一維（1D）、二維（2D）和三維（3D）材料，是一種利用靜電力制備聚合物纖維的裝置，通常包括控制注射泵、噴絲器、收集器和高壓電源。其工作原理是高分子溶液在一定的電壓下形成噴射流并且在噴射過程中不斷被拉伸，最終落在接收裝置上形成納米纖維膜，能將聚合物溶液轉變成直徑在幾百納米到幾微米之間的聚合物納米纖維；當聚合物溶液被加入注射器中，因為其表面張力，溶液在針尖處形成液滴，如果有電壓施加到聚合物的溶液液滴時，電荷就會在液滴中積聚，液滴在高壓下充電，產生靜電力；當靜電力克服了表面張力，聚合物溶液就會被拉伸，使射流從噴絲器中噴射出來；射流噴射后，溶劑隨之蒸發，使得靜電斥力增強，而斥力使射流分散成多個小射流，經歷劇烈的鞭笞運動后到達收集器時，溶劑會進一步蒸發，噴絲就會凝固成纖維。隨著納米技術的興起，由于靜電紡絲得到的聚合物纖維具有納米尺寸效應、大的比表面積及聚合物鏈沿著纖維鏈取向等獨特的性質，采用靜電紡絲技術制備膜材料越來越受到關注，使其在納米催化、過濾、生物醫療、電子材料等領域中有很多應用，例如以不同含量的聚丙烯腈為原料，制備鋰電池用復合電紡纖維隔膜來提高離子電導率等。

發明內容