[發(fā)明專利]一種適用于有機鋰液流電池的液晶改性Nafion隔膜及制備方法

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• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN115312972A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發(fā)明（設計）人: 張海濤;楊立鵬;張鎖江
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: H01M50/414
• 分類號: H01M50/414;H01M50/406;C08F120/30
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

1.一種適用于液流電池的液晶改性Nafion隔膜及制備方法，其特征在于：液晶聚合物長程有序結構提供Nafion有序的傳輸鋰離子通道，提高隔膜的性能，具體步驟如下：

(1)Nafion溶液預鋰化：將1～2M的LiOH水溶液加到5％Nafion溶液中至弱堿性，將弱堿性溶液烘干得到Nafion固體，用高沸點溶劑將得到的固體Nafion溶解配制成15～60％的Nafion溶液；

(2)Nafion-PVDF混合溶液的制備：用高沸點溶劑將PVDF粉末配制成15～60％的溶液，再與步驟2中得到的Nafion溶液配制成不同質量比的Nafion-PVDF混合溶液，Nafion：PVDF的質量百分比為10～100％；

(3)Nafion-PVDF復合隔膜的改性：以Nafion、PVDF、C6M和AIBN為原料，按一定的質量百分比混合得到鑄膜溶液，按質量百分數(shù)計，Nafion：PVDF＝1：1為定值，改變C6M的添加量，C6M/Nafion＝0～100％。

(4)一種適用于液流電池的液晶改性Nafion隔膜及制備方法，其特征在于：用離子液晶C6M對Nafion/PVDF復合隔膜進行改性。將C6M和引發(fā)劑AIBN加入到Nafion/PVDF復合溶液中，攪拌均勻，通過刮刀涂膜的方法將改性隔膜溶液刮涂在玻璃板上，放在60℃烘箱中，使離子液晶C6M自聚合并烘干溶劑形成復合隔膜Nafion/PVDF/C6M，其內部為有序的鋰離子傳輸結構。

2.根據(jù)權利要求書1所述一種適用于液流電池的液晶改性Nafion隔膜及制備方法，其特征在于：所制備的Nafion/PVDF/C6M復合隔膜，陽離子選擇材料為Nafion、Nafion改性材料、PEO或PEO改性材料的一種或幾種，離子液晶可以是1,4-雙[4-(6-丙烯酰氧基己氧基)苯甲酰氧基]-2-甲基苯(C6M)、4'-(反式,反式-4-丙基雙環(huán)己基)-3,4,5-三氟-1,1'-聯(lián)苯(3HHPUF)、4-(反式,反式-4-丙基雙環(huán)己基)-2,3-二氟乙氧基苯(3CCWO2)或4-(反式,反式-4-丁基雙環(huán)己基)-2,3-二氟乙氧基苯(4CCWO2)的一種或幾種。

3.根據(jù)權利要求書1所述一種適用于液流電池的液晶改性Nafion隔膜及制備方法，其特征在于：步驟(1)中所述Nafion溶液預鋰化利用LiOH將Nafion進行鋰化處理，商業(yè)Nafion醇和水混合溶液的pH值為6～7呈現(xiàn)出弱酸性，用LiOH水溶液將Nafion溶液的pH調至8～9的弱堿性。

4.根據(jù)權利要求書1所述一種適用于液流電池的液晶改性Nafion隔膜及制備方法，其特征在于：步驟(2)中所述Nafion-PVDF混合溶液的制備，用15～60％Nafion溶液和15～60％PVDF溶液混合制備固含量為15～60％的Nafion-PVDF溶液，溶劑選取高沸點的N，N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮或N，N-二甲基乙酰胺等。

5.根據(jù)權利要求書1所述一種適用于液流電池的液晶改性Nafion隔膜及制備方法，其特征在于：步驟(3)中所述Nafion-PVDF復合隔膜的改性，液晶填料分別為C6M、3HHPUF、3CCWO2或4CCWO2中的一種或幾種，按質量百分數(shù)計為Nafion的0～100％。

6.根據(jù)權利要求書1所述一種適用于液流電池的液晶改性Nafion隔膜及制備方法，其特征在于：Nafion/PVDF/C6M復合隔膜成膜時液晶材料自聚合形成有序結構，為鋰離子提供有序傳輸通道。其中液晶聚合引發(fā)劑可以是熱引發(fā)劑AIBN或光引發(fā)劑。