一种刷状固态离子导体材料及其制备方法

1.本发明属于材料技术领域，具体涉及一种刷状固态离子导体材料及其制备方法。


背景技术：

2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.软导体主要有两种类型的电导体，即电子导体和离子导体，离子导体基于聚合物网络制造易于拉伸，并能保持较好电导率而大多数电子导体在大应变下会导致导电单元的损坏或断裂。然而传统的水凝胶，离子凝胶在高温下易脱水或溶剂蒸发，导致离子导电性和拉伸性会严重恶化，同时考虑到液体电解质大多是易燃易爆品，对电极有腐蚀性，并且稳定性不足，泄露后可能会导致安全性问题。
4.聚合物固态离子导体在离子导体的基础上，具有稳定性高，离子不泄露，可大规模生产，价格便宜等优势。但是室温下固态离子导体离子电导率低，机械强度差，并且多数不具备拉伸性能。


技术实现要素：

5.传统聚合物固态离子导体材料因其具有稳定性高，离子不泄露等优势的优良特性而被广泛使用，却因为室温下离子电导率低，机械强度差，并且多数不具备拉伸性能。如何对其进行改性，即如何赋予固态离子导体材料较高的电导率同时又拥有较好机械性能难题亟待解决。为了解决上述技术问题，本发明提供一种刷状固态离子导体材料及其制备方法。本发明将非离子型聚合物及其衍生物和锂盐在适当的条件下聚合，从而实现刷状网络的离子导体结构，赋予离子导体较高的电导率和机械拉伸强度，具有较高的实际应用性。
6.为了实现以上技术效果，本技术提供以下技术方案：
7.一种刷状固态离子导体材料的制备方法，其包括如下步骤：
8.(1)在非离子型聚合物溶液中加入功能小分子与交联剂，搅拌反应，得到产物a；
9.(2)在非离子聚合物衍生物溶液中加入功能小分子与交联剂，搅拌反应，得到产物b；
10.(3)将产物a、产物b进行混合得到ab溶液，再加入锂盐搅拌，进行聚合反应，干燥得到刷状固态离子导体材料。
11.优选地，非离子型聚合物可为聚乙烯醇、木质素、山梨醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃、壳聚糖、海藻酸钠、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯中、十一烯酸中的一种。
12.优选地，非离子聚合物衍生物为羧甲基化聚乙烯醇、羟甲基化木质素、异山梨醇二甲醚、聚乙二醇单甲醚、3-四氢呋喃甲醇、羧甲基壳聚糖、甲基丙酰化海藻酸钠、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、花生四烯酸中的一种。
13.优选地，功能小分子与交联剂可为视黄酸、维他命c、叶酸、硫辛酸、3-吡啶羧酸酰
胺、维他命e、胆酸、大黄酸、胆固醇、赖氨酸、精氨酸、i-2959。
14.优选地，用的锂盐相材料可为三氟甲磺酸锂、双氟磺酰亚胺锂、双三氟甲磺酰亚胺锂、双三氟甲烷磺酰亚胺锂、4,5-二氰基-1,2,3-三唑酸锂、4,5,二氰基-2-三氟甲基咪唑锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂中的一种或多种。
15.优选地，溶剂可为水、乙醇、二氯甲烷、n-甲基吡咯烷酮、乙腈、甲醇、氯仿、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙醚、环己烷、甲苯、苯中。
16.优选地，非离子型聚合物溶质质量分数可为10～50％。
17.优选地，加入非离子型聚合物溶液功能小分子与交联剂的浓度可为0.01～1g/ml，搅拌反应时间可为6～72h。
18.优选地，非离子型聚合物衍生物溶质质量分数可为10～50％。
19.优选地，加入非离子型聚合物衍生物溶液功能小分子与交联剂的浓度可为0.01～1g/ml，搅拌反应时间可为6～72h。
20.优选地，ab溶液溶质a、b的比例可为1:10～10:1。
21.优选地，锂盐和溶质ab质量比可为40～4:1。
22.优选地，聚合方式可为过硫酸铵聚合，20-150℃热聚合，紫外光照聚合；干燥温度可为20～150℃，烘干时间可为2～36h。
23.本发明的有益效果：
24.1)本发明所合成的刷状固态离子导体具有较高的电导率和较好拉伸性能。
25.2)本发明所用合成方法操作简单快捷、合成效率高、过程可控且成本低的特点，解决了室温固态电解质电导率较低，机械强度较差的问题。
附图说明
26.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
27.图1为实施例1制备产物的热重图；
28.图2为实施例2和对比例制备产物的拉伸图；图2a为实施例2，图2b为对比例；
29.图3为实施例2制备产物的拉伸传感图；
30.图4为实施例3和对比例制备产物的交流阻抗图；图4a为实施例3，图4b为对比例。
31.图5为实施例7和对比例制备产物的循环伏安图；图5a为实施例7，图5b为对比例。
32.图6为本发明刷状固态离子导体材料的合成原理示意图。
具体实施方式
33.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
34.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
二甲氨基吡啶；其中维生素c，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶在溶液中的浓度均为0.5g/ml；搅拌反应24h，得到产物a；
53.(2)配制甲基丙酰化海藻酸钠质量分数为50％的溶液，再加入维他命e，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶；其中，维他命e，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶在溶液中的浓度均为1g/ml；搅拌反应24h，得到产物b；
54.(3)制备产物a和产物b的混合溶液ab，溶质a、b的比例为1:8，再加入四氟硼酸锂搅拌反应，锂盐和溶质ab质量比为12:1，在80℃下热聚合，干燥温度55℃，烘干时间为24h，即得刷状固态离子导体。
55.实施例6
56.(1)配制聚四氢呋喃醇质量分数为40％的溶液，再加入视黄酸，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶；其中，视黄酸，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶的浓度均为1g/ml；搅拌反应24h，得到产物a；
57.(2)配制3-四氢呋喃甲醇质量分数为40％的溶液，再加入1g/ml视黄酸，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶；其中视黄酸，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶的浓度均为1g/ml；搅拌反应24h，得到产物b；
58.(3)制备产物a和产物b的混合溶液ab，溶质a、b的比例为5:1，再加入4,5-二氰基-1,2,3-三唑酸锂搅拌反应，锂盐和溶质ab质量比为15:1，在80℃下热聚合，干燥温度55℃，烘干时间为24h，即得刷状固态离子导体。
59.实施例7
60.(1)配制十一烯酸质量分数为30％的溶液，再加入赖氨酸，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶；其中，赖氨酸，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶的浓度均为0.25g/ml；搅拌反应24h，得到产物a；
61.(2)配制异山梨醇二甲醚质量分数为30％的溶液，再加入视黄酸，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶；其中，视黄酸，二环己基碳二亚胺,4-二甲氨基吡啶的浓度均为0.5g/ml，搅拌反应24h，得到产物b；
62.(3)制备产物a和产物b的混合溶液ab，溶质a、b的比例为5:1，再加入双三氟甲烷磺酰亚胺锂搅拌反应，锂盐和溶质ab质量比为8:1，在i-2959质量分数为5％紫外光照射聚合，干燥温度55℃，烘干时间为24h，即得刷状固态离子导体。
63.对比例
64.配置聚乙二醇600k溶液，加入双三氟甲磺酰亚胺锂和聚乙二醇质量比为8:1，干燥得到产物。
65.图1为实施例1制备产物的热重图，仅在350℃有5％的热失重，说明材料反应溶剂已经去除。
66.图2为实施例2制备的产物和对比例中的产物的拉伸图，由图2a可以看出实施例2制备的全固态离子导体拉伸应变可达1000％，应力90kpa，由图2b可以看出对比例中产物的应变可达250％，应力40kpa，实施例2制备的全固态离子导体明显提高了材料的拉伸强度。
67.图3为实施例2制备产物的拉伸传感图，说明材料在不同应变下存在不同的电阻响应，说明材料具备传感性能。
68.图4为实施例3制备的产物和对比例中的产物的交流阻抗图，由图4a和图4b可以看
出对比例中产物的交流阻抗大于实施例3制备的样品的交流阻抗，本发明的制备方法显著提高了固态电解质的电导率。
69.图5为实施例7制备的产物和对比例中的产物的循环伏安图，由图5a和图5b可以看出对比例中产物的电流密度大于实施例7制备的样品的电流密度，本发明的制备方法的对称超级电容器具有较好的效果。
70.图6为合成原理示意图，本发明可通过atrp、raft、(氮氧化物介导的自由基聚合)nmp、阴离子/阳离子聚合、(开环复分解聚合)romp和点击反应实现分子之间的接枝交联，形成刷状聚合物(其中非离子型聚合物大多为双端非离子型聚合物。非离子型聚合物衍生物为单端非离子型聚合物衍生物)。
71.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。