[发明专利]一种微孔离子液体/凝胶聚合物电解质类纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用三螺杆密炼挤出机纺丝制备微孔离子液体/凝胶聚合物电解质类纤维的方法。

背景技术

目前，锂离子电池电解液多为液态有机溶液，常用的有机溶剂包括乙烯碳酸酯(EC)、丙烯碳酸酯(PC)、碳酸二甲酯(DEC)等。但是这些有机溶剂都是易燃物质，并且液态电解液存在漏液的危险，因此在滥用条件下，如加热、过充、过放、短路、振动、挤压等易导致着火、爆炸乃至人员受伤等事件。而聚合物电解质具有不漏液、比能量高、安全性好等优点，对于开发安全性高、绿色环保的锂离子电池电解质体系具有重大意义，但是较低的室温电导率制约了其进一步发展。

离子液体，通常是指由有机阳离子与无机或有机阴离子组成，在室温下呈液态的物质。由于离子液体具有非挥发性、蒸汽压低、导电性好、电化学稳定窗口宽、热稳定性好等诸多优点，自20世纪70年代末首次作为电池的电解质使用以来受到越来越多的关注。将离子液体引入聚合物电解质，以期得到不挥发、室温电导率高、安全性好的电解质的设想更是引起了人们的极大兴趣。Fuller 等首先将这种设想应用于离子液体/凝胶聚合物电解质的制备，此后在该电解质方面展开了广泛的研究。据目前文献报道，离子液体/聚合物电解质多数采用聚氧乙烯(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物聚偏氟乙烯-六氟丙烯[P(VDF-HFP)]这两大类聚合物为基体。以PEO 为基体，分别引入离子液体N-甲基-N-丙基吡咯-二(三氟甲基磺酰)亚胺(PYR13TFSI)、N-甲基-N-丙基吡咯-二(三氟甲基磺酰)亚胺(PYR14TFSI)、1-甲基-4-丁基吡啶-二(三氟甲基磺酰)亚胺(BMPy-TFSI)， 成功得到了离子液体/凝胶聚合物电解质。 但其室温电导率并不理想， 未达10^-3 S·cm^-1数量级， 从而限制了上述PEO 基离子液体/聚合物电解质的应用范围; 另一方面， PVDF或P(VDF-HFP)聚合物基体常与咪唑类离子液体组合制备离子液体/聚合物电解质， 由于其室温电导率可达10^-3 S·cm^-1数量级而吸引了众多研究者的目光。 研究人员分别采用1，2-二甲基-3-N-丁基咪唑(DMBITFSI)、1-甲基-3-乙基咪唑四氟硼酸(EMIBF4)、1-甲基-3-丁基咪唑六氟磷酸(BMIPF6)咪唑类离子液体成功制备了PVDF 基或P(VDF-HFP)基-离子液体/聚合物电解质。 然而， 多数研究仅局限于探讨PVDF 基或P(VDF-HFP)基-离子液体/聚合物电解质本身的离子传输，电化学稳定窗口等性能， 而对此类电解质与电极材料的相容性问题却很少关注，此类离子液体/凝胶聚合物电解质在锂离子电池中的成功应用更是鲜有报道。

本专利拟采用纺丝的技术制备离子液体/凝胶聚合物电解质微孔超细纤维， 并通过添加EC/PC 增塑剂改善离子传输特性和电化学稳定窗口。 解决电解质与电极材料的相容性问题。

随着共混分散加工的飞速发展，对加工中各种组分的细化、分散效果及最终混合物的混合状态，形态结构要求越来越高，相应地出现了种类繁多的适应不同混合工艺要求的混炼设备，如双螺杆挤出机，盘式挤出机，行星螺杆挤出机，还有近两年推向市场的往复式单螺杆混炼挤出机，以及螺杆震动连续混炼机，这些设备在改性领域发挥着很好的作用。应当肯定，机械设备是完成混合、分散工艺、实现改性的重要工具。

三螺杆密炼挤出机的出现为混合、分散工艺提供了新的技术平台，因为呈等边三角形排列的三根螺杆在中心区间形成了一个闭合空间，由于螺纹元件是三个头的，当螺杆转动一周时，在螺杆的任一截面，中心区间的面积将由小变大变化三次，如0°时区间面积最小，旋转60°时变为最大，之后又逐渐变小到120°时回到最小，如此循环，如螺杆长颈比为30，当螺杆转速为500转／分钟时，每分钟的变化次数为30×3×500=45000次，即45000次压力脉动。显而易见，双螺杆只有一个啮合点，三螺杆有三个啮合点，仅就此而言，一台三螺杆挤出机相当于三台双螺杆挤出机，物料在啮合点处受到双倍圆周速度的强烈剪切，加上加热器加热物料将很快塑化。同时，由于每次压缩比都达到43倍，形成特定的密练分散超强功能。