[發明專利]一種陰-非離子水性聚氨酯聚合物電解質的制備方法

有效

• 申請號: 202110119040.8
• 申請日: 2021-01-28
• 公開（公告）號: CN112920365B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 高明昊;李道聰;楊茂萍;丁楚雄;石波
• 申請（專利權）人: 合肥國軒高科動力能源有限公司
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/64;C08G18/48;C08G18/34;C08G81/00;C08G18/08;C08J5/22;C08L75/04;C08K5/435;H01M10/0525;H01M10/0565;H01M10/42
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 干桂花

本發明公開了一種新型陰?非離子水性聚氨酯聚合物電解質的制備方法，涉及全固態聚合物電解質技術領域，包括以下步驟：采用堿木質素對聚鄰苯二甲酸酐?乙二醇酯二醇進行改性制得LDPA；將聚乙二醇、LDPA和二異氰酸酯混合，升溫反應，再加入親水擴鏈劑、催化劑，升溫繼續反應，得到預聚體乳液；在高剪切力作用下，向預聚體乳液中加入中和劑、去離子水乳化，減壓蒸餾，即得陰?非離子水性聚氨酯乳液；將鋰鹽和陰?非離子水性聚氨酯混合，倒入模具中干燥成膜，即得。本發明采用堿木質素改性聚鄰苯二甲酸酐?乙二醇酯二醇，與親水擴鏈劑協同作用降低聚乙二醇的高結晶性，制備的聚合物電解質力學性能與耐電壓能力優異，顯示出良好的倍率性能。

技術領域

本發明涉及全固態聚合物電解質技術領域，尤其涉及一種陰-非離子水性聚氨酯聚合物電解質的制備方法。

背景技術

全固態鋰離子電池相較于傳統液態鋰離子電池在安全性能表現上具有無與倫比的優勢?，F階段，固態聚合物電解質基體的研究一般集中在聚氧化乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚氨酯等高分子聚合物上。聚氨酯是一類由軟硬段組成的嵌段共聚物，軟硬段可調、可控，而水性聚氨酯(WPU)是聚氨酯中一類以水做分散劑的高分子聚合物。聚氨酯的性能可以通過調控不同配比的異氰酸酯、多元醇等軟硬段的含量來實現，然而其原料中的多元醇大都為石化產品，來源嚴重依賴于石化資源。

木質素是現存含量僅次于纖維素的綠色資源之一，但木質素中含有的大量酚羥基反應活性低，且自身氫鍵作用極強，在聚合物基體難以均勻分散，極易團聚。聚乙二醇(PEG)是制備非離子水性聚氨酯重要原料之一，制得的聚合物具有優異的絡合鋰離子能力，但其高結晶性在制備過程中極易發生凝膠現象，對制備工藝要求高，且制備得到的聚氨酯乳液固含量很低，限制了其商業化應用。專利CN111875790A公開了一種“側鏈為聚乙二醇結構的聚芳醚基聚合物、固態聚合物電解質及其制備方法”，制備了一種主鏈為含有聚芳醚基的聚合物結構，側鏈為聚乙二醇結構的聚合物電解質，制備過程中使用了大量的有機溶劑四氫呋喃，對人和環境有極大的危害。此外，以PEG作為水性聚氨酯軟段制備的聚合物電解質力學性能較差，與電極之間的界面性能會隨著充放電的進行而逐漸惡化，最后導致電池失效。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種陰-非離子水性聚氨酯聚合物電解質的制備方法，采用堿木質素對聚鄰苯二甲酸酐-乙二醇酯二醇進行改性，減少傳統石化多元醇的用量，并與親水擴鏈劑協同作用降低聚乙二醇的高結晶性，制備的聚合物電解質具有優異的力學性能和極高的耐電壓能力。

本發明提出的一種陰-非離子水性聚氨酯聚合物電解質的制備方法，包括以下步驟：

S1、采用堿木質素對聚鄰苯二甲酸酐-乙二醇酯二醇進行改性，得改性聚鄰苯二甲酸酐-乙二醇酯二醇，記作LDPA；

S2、將聚乙二醇脫水處理后，與LDPA和二異氰酸酯混合，升溫反應，再加入親水擴鏈劑、催化劑，升溫繼續反應，得到預聚體乳液；在高剪切力作用下，向預聚體乳液中加入中和劑、去離子水乳化，減壓蒸餾，即得陰-非離子水性聚氨酯乳液；

S3、將鋰鹽和陰-非離子水性聚氨酯混合，倒入模具中干燥成膜，即得。

優選地，S1中，改性聚鄰苯二甲酸酐-乙二醇酯二醇的制備如下：將三氟化硼乙醚、環氧丙烷和聚鄰苯二甲酸酐-乙二醇酯二醇混合，升溫反應；將堿木質素加入NaOH溶液中，然后加入反應體系中，繼續升溫反應；待反應結束后取上清液純化，即得。

優選地，將三氟化硼乙醚、環氧丙烷和聚鄰苯二甲酸酐-乙二醇酯二醇混合，升溫至40～80℃反應1～4h；將堿木質素加入NaOH溶液中，然后加入反應體系中，繼續升溫至60～100℃反應1～4h；待反應結束后取上清液純化，即得。

優選地，三氟化硼乙醚、環氧丙烷、聚鄰苯二甲酸酐-乙二醇酯二醇、堿木質素的質量比為1：2～8：50～200：20～50。