聚芳醚酮聚合物合成方法、PAEK膜和PAEK-Al技术

一种聚芳醚酮聚合物的合成方法，包括以下步骤：步骤1：在磁力搅拌器上安装带有回流装置和分水装置的三口烧瓶，并将烧瓶置于油浴锅中；步骤2：依次加入0.6546g的4,4′‑二氟二苯甲酮、1.0512 g的双酚芴、0.828 g的碳酸钾、10 ml的N,N‑二甲基乙酰胺溶液和10 ml的甲苯溶液；步骤3：缓慢升温到140

Synthesis of polyaryletherketone polymer, Paek film and Paek al

【技术实现步骤摘要】
聚芳醚酮聚合物合成方法、PAEK膜和PAEK-Al2O3复合膜制备方法及应用
本专利技术属于锂离子电池隔膜的制备
，尤其涉及耐热性聚芳醚酮（PAEK）聚合物的合成方法以及PAEK膜和PAEK-Al2O3复合膜的制备方法及其应用。
技术介绍
锂离子电池（LIB）具有能量密度高、循环寿命长和无记忆效应等优点，已广泛应用于便携式电子设备和动力型设备，例如手机、数码相机和电动汽车。锂离子电池隔膜被夹在正极片和负极片之间，允许锂离子（Li+）在充放电过程中快速转移并隔绝两个电极的直接接触以避免电池发生短路甚至爆炸。理想的LIB隔膜应具有高孔隙率，良好的电解液润湿性，增强的热稳定性和尺寸稳定性，低电阻，小厚度以及较强的机械性能。目前，由于良好的结构稳定性、优异的机械强度和化学稳定性，聚丙烯（PP），聚乙烯（PE）及其衍生复合膜的聚烯烃类隔膜广泛应用于锂离子电池。然而，商用聚烯烃隔膜仍然存在许多缺点，例如孔隙率低、与液体电解质的相容性差以及热稳定性较差（PE和PP隔膜的熔点分别为135oC和165oC）。Celgard公司也制备了带热关闭功能的PP/PE/PP三层混合隔膜，当电池处于不良高温条件，中间的PE层在130oC开始融化并阻塞微孔，从而阻止热量的进一步增加，也阻止正负极片的直接接触，避免电池短路甚至发生明火。为了克服商业聚烯烃隔膜的缺点（特别是差的热稳定性），并开发新颖的高性能LIB隔膜。电池研究工作者在隔膜的制备技术以及开发新型聚合物膜方面已经进行了广泛的重要研究，例如拉伸技术、非溶剂诱导的相分离法、热诱导相分离法、溶剂蒸发诱导相分离法、表面接枝法、共混法和表面涂层工艺等。为了提高隔膜的热稳定性以及与电解液的亲和力，许多无机纳米颗粒（例如SiO2、TiO2、Al2O3、ZrO2）被用于改性多孔LIB隔膜。GuoqingDong等采用二氧化钛（TiO2）纳米壳通过表面碱性蚀刻和原位络合水解工艺涂覆聚酰亚胺（PI）纳米纤维膜，该复合隔板表现出优异的阻燃性，增强的热稳定性和改善的润湿性。同时，越来越多的高分子聚合物被制备成LIB多孔膜，例如聚（丙烯腈）（PAN）、聚（环氧乙烷）（PEO）、聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚酰亚胺（PI）、聚醚酰亚胺（PEI）等。在一定程度上，上述聚合物膜容易被极性有机电解液体溶胀，不足以同时满足机械强度和热稳定性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于：克服现有技术中锂离子电池隔膜热稳定性、机械强度低、易溶胀等缺陷，提出一种耐热性聚芳醚酮聚合物以及利用静电纺丝工艺制备的PAEK膜和PAEK-Al2O3复合膜，增强了热稳定性并改善了电化学性能，对电解液具有良好的亲和性，对LIB的安全性和电化学性能表现出最好的性能效果。为了解决上述技术问题，本专利技术提出下列技术方案：一种耐热性聚芳醚酮聚合物的合成方法，包括以下步骤：步骤1：在磁力搅拌器上安装带有回流装置和分水装置的三口烧瓶，并将烧瓶置于油浴锅中；步骤2：依次加入0.6546g的4,4′-二氟二苯甲酮、1.0512g的双酚芴、0.828g的碳酸钾、10ml的N,N-二甲基乙酰胺溶液和10ml的甲苯溶液；步骤3：缓慢升温到140oC，并恒温回流4h，然后升高温度至175oC，反应5h；步骤4：冷却至室温得粘稠固体，将粘稠固体用甲醇水溶液浸泡以清洗残余的有机溶剂，逐滴滴加到盐酸水溶液中得到沉淀，过滤；步骤5：固体在110oC的真空干燥箱中干燥24h，得到聚芳醚酮聚合物，产率96%。为了解决上述技术问题，本专利技术提出下列技术方案：上述耐热性聚芳醚酮聚合物的合成方法得到的耐热性聚芳醚酮聚合物用于制备锂离子电池隔膜。为了解决上述技术问题，本专利技术提出下列技术方案：一种用所述的耐热性聚芳醚酮聚合物制备聚芳醚酮膜纤维隔膜的方法，包括以下步骤：步骤1：将经过真空干燥的PAEK聚合物溶解在无水NMP溶剂中制备重量浓度为8wt％的均相聚合物溶液，并将其装入带有不锈钢针头的10mL塑料注射泵中；步骤2：在静电纺丝过程中，以0.5mLh-1的速率推动装有步骤1得到的均相聚合物溶液的注射器的活塞，并在整个静电纺丝过程中向金属针头端施加20kV的正高压；步骤3：将制得的聚芳醚酮膜纤维隔膜在60oC真空烘箱中干燥24h，以彻底去除残留的溶剂。为了解决上述技术问题，本专利技术提出下列技术方案：所述的制备聚芳醚酮膜纤维隔膜的方法得到的聚芳醚酮膜纤维隔膜用作锂离子电池隔膜。为了解决上述技术问题，本专利技术提出下列技术方案：一种用耐热性聚芳醚酮聚合物制备三氧化二铝晶体掺杂的聚芳醚酮复合膜的方法，包括以下步骤：步骤1：将经过真空干燥的PAEK聚合物溶解在无水NMP溶剂中制备重量浓度为8wt％的均相聚合物溶液，并将其装入带有不锈钢针头的10mL塑料注射泵中；步骤2：称取相对聚芳醚酮（PAEK）聚合物质量的5%的三氧化二铝粉末，与步骤1溶解好的聚芳醚酮溶液一起搅拌，组成含三氧化二铝成分的聚芳醚酮混合溶液；步骤3：在静电纺丝过程中，以0.5mLh-1的速率推动装有步骤2得到的混合溶液的注射器的活塞，并在整个静电纺丝过程中向金属针头端施加20kV的正高压；步骤3：将制得的三氧化二铝晶体掺杂的聚芳醚酮复合膜在60oC真空烘箱中干燥24h，以彻底去除残留的溶剂。为了解决上述技术问题，本专利技术提出下列技术方案：所述三氧化二铝晶体掺杂的聚芳醚酮复合膜的方法，得到的三氧化二铝晶体掺杂的聚芳醚酮复合膜用作锂离子电池隔膜。与现有技术相比，本专利技术具有下列有益效果：聚芳醚酮（PAEK）聚合物是一类功能性聚合物材料，具有高的热稳定性和增强的化学稳定性。然而，PAEK聚合物不可溶于各种极性有机溶剂，极大地影响了其广泛的应用。JingLi等通过引入一种新型的气相诱导混合法，制备了具有高离子电导率（1.68mScm-1）和有限溶解度的聚醚醚酮（PEEK）。在本专利技术中，通过静电纺丝技术制备了三氧化二铝晶体掺杂的聚芳醚酮复合膜（即PAEK-Al2O3复合膜）。PAEK-Al2O3复合膜结合了晶型Al2O3纳米颗粒和PAEK功能聚合物的各自优点。因此，与商用聚烯烃隔膜相比，PAEK-Al2O3复合膜具有与有机电解液更好的亲和力，增强了热稳定性并改善了电化学性能。PAEK-Al2O3复合膜对电解液具有良好的亲和性，这是由于其极性结构而产生的，该极性结构包含醚键（-O-）和羰基（-CO-）官能团以及结晶Al2O3纳米颗粒的亲电解液性。更值得注意的是，由于PAEK-Al2O3复合膜具有刚性的分子链结构和无机盐优异的热稳定性，因此它们具有出色的耐热性，在150oC时没有热收缩。用PAEK-Al2O3复合膜组装的电池展现出超过158.2mAhg-1的初始放电比容量。在25oC温度和0.5C的电流密度下，利用静电纺丝PAEK-Al2O3复合膜组装的电池显示出比PAEK和商用PP隔膜更好的循环保持率。总之，PAEK-Al2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚芳醚酮聚合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：在磁力搅拌器上安装带有回流装置和分水装置的三口烧瓶，并将烧瓶置于油浴锅中；/n步骤2：依次加入0.6546g的4,4′-二氟二苯甲酮、1.0512 g的双酚芴、0.828 g的碳酸钾、10 ml的 N,N-二甲基乙酰胺溶液和10 ml的甲苯溶液；/n步骤3：缓慢升温到140

【技术特征摘要】
1.一种聚芳醚酮聚合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在磁力搅拌器上安装带有回流装置和分水装置的三口烧瓶，并将烧瓶置于油浴锅中；
步骤2：依次加入0.6546g的4,4′-二氟二苯甲酮、1.0512g的双酚芴、0.828g的碳酸钾、10ml的N,N-二甲基乙酰胺溶液和10ml的甲苯溶液；
步骤3：缓慢升温到140oC，并恒温回流4h，然后升高温度至175oC，反应5h；
步骤4：冷却至室温得粘稠固体，将粘稠固体用甲醇水溶液浸泡以清洗残余的有机溶剂，逐滴滴加到盐酸水溶液中得到沉淀，过滤；
步骤5：固体在110oC的真空干燥箱中干燥24h，得到聚芳醚酮聚合物，产率96%。


2.如权利要求1所述的聚芳醚酮聚合物的合成方法，其特征在于，其方法得到的耐热性聚芳醚酮聚合物用于制备锂离子电池隔膜。


3.一种用权利要求1所述的聚芳醚酮聚合物制备聚芳醚酮膜纤维隔膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将经过真空干燥的PAEK聚合物溶解在无水NMP溶剂中制备重量浓度为8wt％的均相聚合物溶液，并将其装入带有不锈钢针头的10mL塑料注射泵中；
步骤2：在静电纺丝过程中，以0.5mLh-1的速率推动装有步骤1得到的均相聚合物溶液的注射器的活塞，并在整个静电纺丝...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海，刘威，罗大为，王浩，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44