[發明專利]一種基于纖維素網絡結構的分子刷聚合物膜及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202010893903.2
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112072173B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 吳丁財;賈丹陽;劉如亮;周銘洪;劉紹鴻
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/052;H01M10/058;C08F251/02;C08F220/28;C08F220/32;C08F228/02
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 宮愛鵬

1.一種基于纖維素網絡結構的分子刷聚合物膜在制備鋰金屬電池中的應用，其特征在于，所述分子刷聚合物膜的制備包括以下步驟：

（1）將纖維素改性接上溴基，得到含有溴官能團的纖維素；

（2）將步驟（1）中制備得到的含溴官能團的纖維素與高分子單體、配體、催化劑、溶劑Ⅰ混合均勻，在惰性氣體保護下反應20-40 min，再加入還原劑，通入惰性氣體20-40 min，然后在50-90^oC下反應，得到中間產物一；所述高分子單體為磺酸類導鋰單體；

（3）向步驟（2）制備得到的中間產物一中加入溶劑Ⅱ，離心并用鹽酸溶液洗滌數次，將離心產物分散在LiOH溶液中，攪拌6-24 h，再次離心并將離心產物用水和/或乙醇洗滌數次，得到中間產物二；

（4）將步驟（3）中制備得到的中間產物二分散在溶劑Ⅲ中，經抽濾或加熱揮發成膜；

當高分子單體為烷氧類導鋰單體時，則省略步驟（3），即直接將中間產物一分散在溶劑Ⅲ中，經抽濾或加熱揮發成膜；

步驟（2）中所述的高分子單體包括2-甲基-2-丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯、甲基丙烯酸甲氧基乙酯、甲基丙烯酸縮水甘油酯、甲基丙烯酸異丁酯、對苯乙烯磺酸鈉、甲基丙烯酸-3-磺酸丙酯鉀、2-丙烯酰氨基-2-甲基-1-丙烷磺酸中的一種或幾種；

鋰金屬電池的制備包括以下步驟：

(a)將電解液，2,2-偶氮二異丁腈和聚乙二醇二丙烯酸酯，在手套箱里均勻混合，制得前驅體溶液；

(b)將分子刷聚合物膜裁成隔膜大小；

(c)將步驟(a)和步驟(b)中的前驅體溶液和隔膜大小的分子刷聚合物膜用于組裝鋰金屬電池；

(d)將步驟(c)中的電池置于50-80 ^oC的烘箱中3-6 h，得到凝膠化的鋰金屬電池。

2.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，步驟（2）中所述的配體包括1,1,4,7,10,10-六甲基三乙烯四胺、N,N,N',N'',N''-五甲基二亞乙基三胺、三(2-二甲氨基乙基)胺中的一種或幾種；

所述的催化劑為溴化亞銅、氯化亞銅中的一種或兩種；

所述還原劑為抗壞血酸。

3.根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于，步驟（2）中所述高分子單體與含溴官能團的纖維素的摩爾比為50-300：1；高分子單體與配體的摩爾比為25-150：1；高分子單體與溶劑Ⅰ的體積比為1-4：1；高分子單體與催化劑的摩爾比為100-700：1；高分子單體與還原劑的摩爾比為50-150:1。

4.根據權利要求3所述的應用，其特征在于，步驟（2）中所述高分子單體與含溴官能團的纖維素的摩爾比為120：1；高分子單體與配體的摩爾比為50：1；高分子單體與催化劑的摩爾比為500：1。

5.根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于，所述溶劑Ⅰ為N,N-二甲基甲酰胺，溶劑Ⅱ為水、N,N-二甲基甲酰胺中的一種或兩種；溶劑Ⅲ為水、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺中的一種或幾種。

6.根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于，步驟（2）所述50-90^oC下反應的時間為12-72h。

7.根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于，步驟（1）中所述的將纖維素改性接上溴基的步驟為：在含纖維素的N,N-二甲基甲酰胺分散液中，在冰水浴及惰性氣體保護下，加入4-二甲氨基吡啶、三乙胺，之后緩慢滴加2-溴-異丁酰溴，常溫攪拌12-48 h，后處理得到含溴官能團的纖維素。

8.根據權利要求1或2所述的應用，其特征在于，步驟(a)中所述的電解液和2,2-偶氮二異丁腈的質量比為100-300：1；聚乙二醇二丙烯酸酯與電解液的質量比為1:2-9。

9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于，步驟(a)中所述的電解液和2,2-偶氮二異丁腈的質量比為100:1；聚乙二醇二丙烯酸酯與電解液的質量比為1:3-6。