本發(fā)明涉及電化學，具體為一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜。

背景技術(shù)：

1、高電導率膜材料在新能源電池中應(yīng)用廣泛，包括導電性聚合物、碳納米材料和透明導電氧化物。通過摻雜提升電導率，這些膜可用于電極材料、電解質(zhì)膜和界面修飾層，顯著優(yōu)化電池的能量密度、離子遷移效率和界面穩(wěn)定性，從而提升電池性能，推動新能源技術(shù)的發(fā)展。

2、現(xiàn)有技術(shù)中多數(shù)優(yōu)化主要集中在單一性能方面，如電導率、耐化學腐蝕性或高溫穩(wěn)定性，而缺乏多重性能綜合優(yōu)化的綜合考慮，在實際應(yīng)用中，離子交聯(lián)型膜往往需要同時具備高電導率、優(yōu)異的耐化學腐蝕性和良好的高溫穩(wěn)定性，缺乏綜合性能優(yōu)化導致在復雜應(yīng)用環(huán)境中的性能不盡如人意，例如在極端條件下的長期穩(wěn)定性或效率降低，同時，目前的離子交聯(lián)型膜技術(shù)在設(shè)計和優(yōu)化時，缺乏與實際應(yīng)用場景的深入結(jié)合，如電池、電解質(zhì)、化工反應(yīng)器等特定應(yīng)用的需求差異化，這種情況導致開發(fā)出來的膜材料雖然在實驗室環(huán)境中表現(xiàn)優(yōu)異，但在實際應(yīng)用中遇到的挑戰(zhàn)和需求無法得到有效應(yīng)對，從而限制了技術(shù)的商業(yè)化和工業(yè)化進程。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜，解決了現(xiàn)有技術(shù)中單一功能性能優(yōu)化的局限性和缺乏與實際應(yīng)用場景的緊密結(jié)合的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜，包括以下質(zhì)量百分比的組分：側(cè)鏈離子交聯(lián)型含氟支化磺化聚酰亞胺55％、聚苯并咪唑25％、聚多巴胺功能化碳納米管5％、聚醚酰胺5％、硅氧烷耐久性改良劑5％和離子液體2％。

3、優(yōu)選的，所述離子液體為乙基-3-甲基咪唑磺酸鹽和聚合物電解質(zhì)基離子液體中的一種，所述乙基-3-甲基咪唑磺酸鹽為磺酸鹽型離子液體。

4、一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜的制備方法，包括以下步驟：

5、s1、材料準備和溶液制備：準備所需主材料，并配備選定所需輔材；

6、s2、成膜過程：將所準備主材料以及輔材按順序放入模具中成型；

7、s3、固化處理：成膜后的薄膜進行固化處理，使用熱處理或紫外光照射。熱處理溫度和時間根據(jù)材料的熱穩(wěn)定性進行調(diào)整，以促進材料的交聯(lián)和結(jié)晶，增強膜的機械性能和化學穩(wěn)定性；

8、s4、酸泡質(zhì)子化處理；用去離子水將隔膜清洗后，將其浸泡于1mo?l?l-1的硫酸溶液中24h，完全進行質(zhì)子交換，使膜轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子型。最后，用去離子水浸泡膜24h以充分除去隔膜上殘留的硫酸溶液，并儲存待后續(xù)測試使用；

9、s5、性能測試和優(yōu)化：制備好的薄膜進行各種性能測試，包括但不限于電導率、離子傳導性能、機械強度、耐化學腐蝕性和熱穩(wěn)定性，根據(jù)測試結(jié)果優(yōu)化材料配比和制備工藝，以達到最佳的電池性能和長期穩(wěn)定性。

10、優(yōu)選的，所述s1包括以下步驟：

11、s1-1、準備側(cè)鏈離子交聯(lián)型含氟支化磺化聚酰亞胺和聚苯并咪唑溶液：在適量的有機溶劑中分別溶解側(cè)鏈離子交聯(lián)型含氟支化磺化聚酰亞胺和聚苯并咪唑，典型的溶解濃度為側(cè)鏈離子交聯(lián)型含氟支化磺化聚酰亞胺：55％(質(zhì)量比)，聚苯并咪唑：25％(質(zhì)量比)。確保在適宜的溫度和攪拌條件下完全溶解，形成均勻的溶液；

12、s1-2、添加聚多巴胺功能化碳納米管或石墨烯氧化物：將預先分散好的聚多巴胺功能化碳納米管或石墨烯氧化物逐步加入到側(cè)鏈離子交聯(lián)型含氟支化磺化聚酰亞胺和聚苯并咪唑溶液中，添加量約為總質(zhì)量的0.2％—2％(質(zhì)量比)，每次添加后，使用攪拌器或超聲波處理確保填料均勻分散在溶液中，避免團聚；

13、s1-3、加入聚醚酰胺作為親水劑：將聚醚酰胺作為親水劑加入到上述溶液中，添加量約為總質(zhì)量的5％(質(zhì)量比)，聚醚酰胺有助于提高薄膜的水合能力和離子傳導性；

14、s1-4、添加其他的功能性材料：根據(jù)具體需求，逐步加入硅氧烷耐久性改良劑、熱穩(wěn)定劑、離子液體或其他納米粒子填料，根據(jù)每種材料的性質(zhì)和建議配比逐步調(diào)整。

15、優(yōu)選的，所述s2包括以下步驟：

16、s2-1、溶液的成膜：將混合好的溶液倒入預先準備好的成膜模具中，或通過涂覆、自旋涂覆或澆鑄的方法；

17、s2-2、溶劑揮發(fā)：確保在成膜過程中，溶劑能夠充分揮發(fā)，可以通過在真空烘箱或通風的環(huán)境中加速溶劑的揮發(fā)，形成均勻致密的膜結(jié)構(gòu)。

18、優(yōu)選的，所述溶液的成膜中涂覆、自旋涂覆或澆鑄的適宜溫度為60-80°c。

19、優(yōu)選的，所述溶劑揮發(fā)攪拌時間根據(jù)溶液的粘度和流動性、溶劑的揮發(fā)性和環(huán)境條件而定。

20、優(yōu)選的，所述磺化聚酰亞胺，磺化度50％，其制備步驟如下：

21、a、磺化處理：將1,4,5,8-萘四甲酸二酐(ntda)溶解于濃硫酸中，進行磺化反應(yīng)，得到磺化的ntda。

22、b、溶解與混合：將1,3,5-三(2-三氟甲基-4-氨基苯氧)苯(tfapob)、4,4'-二氨基二苯醚(oda)、雙磺酸聯(lián)苯胺(bdsa)和磺化后的ntda按照設(shè)定的摩爾比例溶解于溶劑中，溶劑可選用二甲基亞砜(dmso)或二甲基甲酰胺(dmf)。

23、c、縮聚反應(yīng)：將上述混合溶液加熱至80-120℃，進行縮聚反應(yīng)，通過調(diào)節(jié)tfapob與oda的摩爾比例來控制最終產(chǎn)物的支化度，支化度范圍為4-12％。

24、d、成膜：反應(yīng)完成后，將所得的磺化聚酰亞胺樹脂溶液冷卻至室溫，經(jīng)溶劑的蒸發(fā)或真空干燥，得到磺化聚酰亞胺樹脂，以備后期共混制備溶液使用。

25、e、后處理：對樹脂高聚物進行清洗，以去除殘留的溶劑和未反應(yīng)的單體。

26、f、表征分析：對最終產(chǎn)物進行核磁共振(nmr)、紅外光譜(ft?i?r)等表征，確認其磺化度和支化度，同時測試其機械性能和離子導電性等性能指標。

27、本發(fā)明提供了一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜。具備以下有益效果：

28、1、本發(fā)明通過配比包含了側(cè)鏈離子交聯(lián)型含氟支化磺化聚酰亞胺和聚苯并咪唑的基礎(chǔ)比例，并成功融入了聚多巴胺功能化碳納米管和聚醚酰胺，聚多巴胺功能化碳納米管作為導電增強劑，不僅提高了薄膜的電導率，還增強了其機械性能，有助于在復雜應(yīng)力下保持穩(wěn)定性，同時，聚醚酰胺的加入作為親水劑，提升了膜的水合能力和離子傳導性能，從而增強了膜在電池和電解質(zhì)應(yīng)用中的可靠性和效率，通過優(yōu)化這些關(guān)鍵成分的比例，可以確保離子交聯(lián)型膜在高能量密度電池和其他電化學設(shè)備中表現(xiàn)出色，為新能源技術(shù)的發(fā)展提供了可靠的基礎(chǔ)材料支持。

29、2、本發(fā)明通過添加硅氧烷耐久性改良劑，可以有效提升膜對化學腐蝕的抵抗能力，延長其使用壽命，同時，適當調(diào)整離子液體的比例，可以進一步提高膜的離子傳導性能，確保在復雜的操作條件下仍然能夠保持高效率，這種組合優(yōu)化不僅適用于燃料電池和電解質(zhì)膜，還可以在化工行業(yè)的特殊反應(yīng)器和電化學反應(yīng)器中發(fā)揮重要作用，為工業(yè)應(yīng)用帶來更可靠和穩(wěn)定的解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜，其特征在于，包括以下質(zhì)量百分比的組分：側(cè)鏈離子交聯(lián)型含氟支化磺化聚酰亞胺50％、聚苯并咪唑25％、聚多巴胺功能化碳納米管5％、聚醚酰胺5％和硅氧烷耐久性改良劑5％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜，其特征在于，所述聚多巴胺功能化碳納米管可通過石墨烯氧化物代替，所述聚多巴胺功能化碳納米管和石墨烯氧化物均為納米級填料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜，其特征在于，所述離子液體為乙基-3-甲基咪唑磺酸鹽和聚合物電解質(zhì)基離子液體中的一種，所述乙基-3-甲基咪唑磺酸鹽為磺酸鹽型離子液體。

4.一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜的制備方法，用于制備如權(quán)利要求1-3任一項所述的一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜的制備方法，其特征在于，所述s1包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜的制備方法，其特征在于，所述s2包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜的制備方法，其特征在于，所述溶液的成膜中涂覆、自旋涂覆或澆鑄的適宜溫度為60-80℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜的制備方法，其特征在于，所述溶劑揮發(fā)攪拌時間根據(jù)溶液的粘度和流動性、溶劑的揮發(fā)性和環(huán)境條件而定。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜的制備方法，其特征在于，所述磺化聚酰亞胺，磺化度50％，其制備步驟如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及電化學技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種新型離子交聯(lián)型的高電導率兩性膜，包括以下質(zhì)量百分比的組分：側(cè)鏈離子交聯(lián)型含氟支化磺化聚酰亞胺50％、聚苯并咪唑25％、聚多巴胺功能化碳納米管0.5％?1％、聚醚酰胺5％和硅氧烷耐久性改良劑5％，所述聚多巴胺功能化碳納米管可通過石墨烯氧化物代替，所述聚多巴胺功能化碳納米管和石墨烯氧化物均為納米級填料，所述離子液體為乙基?3?甲基咪唑磺酸鹽和聚合物電解質(zhì)基離子液體中的一種。通過優(yōu)化離子交聯(lián)型膜的配比設(shè)計可通過增加導電增強劑如聚多巴胺功能化碳納米管和親水劑如聚醚酰胺，提升電導率和耐化學性，同時優(yōu)化高溫穩(wěn)定性和離子傳導性能，適應(yīng)電化學應(yīng)用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：孟青,張家樂,于冬青,吳志寬,許超
受保護的技術(shù)使用者：山西國潤儲能科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19