一种具有定向孔道结构的树脂固体电解质及其制备方法

本发明属于固体电解质领域，具体涉及一种具有定向孔道结构的树脂固体电解质及其制备方法。

背景技术：

1、结构储能复合材料作为一种新兴的结构功能一体化复合材料，在满足力学承载性能的同时，还具备存储和释放电能的功能，实现结构承载和储/放电功能一体化，具有密度低、强度高以及储能效率高等特点，现已成为备受瞩目的新型储能技术，有望应用于航空、航天、交通等装备结构。

2、结构储能复合材料的储能性能和力学性能是其重要的评价指标。由于结构储能复合材料通常由碳纤维作为电极材料，以玻璃纤维等作为隔膜材料，利用具有结构承载和离子导电的高分子基体作为固态电解质组合而成，所以固态电解质在结构储能复合材料中的意义巨大，它既肩负着将碳纤维和玻璃纤维粘结在一起，实现力学承载的作用，还需要具有多孔结构，使得具有导电功能的离子能够通过复合材料，起到储能作用。因此制备具有多孔结构的力学承载性能的固体电解质对实现结构储能材料的实际应用具有重要意义。

3、目前传统的制备多孔结构固体电解质的方法是相分离法，但由该方法制备的具有常规微观孔道结构的树脂固体电解质形成的结构储能材料力学性能会发生明显下降，且离子传输路径受限，储能容量较低，所以需要具有新型孔道结构的树脂固体电解质材料的制备技术，以提升结构储能复合材料的力学性能和储能容量。

4、本发明就是提供一种新型的具有定向孔道结构的树脂固体电解质的制备技术，通过使用磁场来控制树脂固体电解质的定向孔道结构，既能保持树脂一定的力学性能，又能实现离子孔道结构的构建。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有定向孔道结构的树脂固体电解质及其制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种具有定向孔道结构的树脂固体电解质的制备方法，过程如下：

4、（1）向环氧树脂单体中加入磁响应材料，浸润10h以上，搅拌后，得到纳米磁响应材料/环氧树脂纳米复合材料悬浮液；

5、（2）向步骤（1）的悬浮液加入固化剂，先在室温搅拌，再在60~90℃搅拌2 h～3 h，将完全混合的悬浮液倒入模具中，在100~115℃置于磁场强度为10 mt～400 mt条件下固化2~8 h，自然冷却至室温；

6、（3）脱模，再在120~150℃固化2~8 h，自然冷却至室温；

7、（4）将步骤（3）的样品置于刻蚀溶液中刻蚀20~40h，取出，冷冻干燥；

8、（5）将冷冻干燥后的样品浸入离子电解液中浸泡后，取出，即得。

9、进一步地，步骤（1）中，环氧树脂单体为双酚a 型环氧树脂、双酚f型环氧树脂和双酚s型环氧树脂中的一种或两种以上任意比例的混合物。

10、进一步地，步骤（1）中，所述磁响应材料为纳米四氧化三铁、纳米铁和纳米钴中的一种或两种以上任意比例的混合物。

11、进一步地，步骤（1）中，所添加的磁响应材料的质量占树脂单体和固化剂总质量的0.5 %～10 %。

12、进一步地，步骤（2）中，所述固化剂为pacm、aibn、ek3402中的一种或两种以上任意比例的混合物，环氧树脂单体与固化剂的质量比为1:（0.2~0.3）

13、进一步地，步骤（2）中，所述模具材质为聚四氟乙烯、铝合金和铜合金中的一种或两种以上任意比例的混合物。

14、进一步地，步骤（4）中，所述刻蚀溶液为硫酸、盐酸和磺酸中的一种或两种以上任意比例的混合物，酸浓度范围为1 mol/l～7 mol/l。

15、进一步地，步骤（5）中，所使用的离子电解液包括但不限于lb-266、lb-632以及lx-031等，浸泡时间不低于10h。

16、以此制备的具有定向孔道结构的树脂固体电解质，离子电导率范围为0.1 ms cm-1～3.0 ms cm-1，在astmd638标准测试下的力学拉伸强度范围为40 mpa～85 mpa。

17、本发明提供了一种新型树脂固体电解质的制备技术，通过磁场控制制备了可供离子传输的定向孔道结构。相较于采用相分离法制备的树脂固体电解质，本发明得到的具有定向孔道结构树脂固体电解质既具有一定的力学性能，还具有较高的离子电导率。

技术特征：

1.一种具有定向孔道结构的树脂固体电解质的制备方法，其特征在于，过程如下：

2.如权利要求1所述的具有定向孔道结构的树脂固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，环氧树脂单体为双酚a 型环氧树脂、双酚f型环氧树脂和双酚s型环氧树脂中的一种或两种以上任意比例的混合物。

3.如权利要求1所述的具有定向孔道结构的树脂固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述磁响应材料为纳米四氧化三铁、纳米铁和纳米钴中的一种或两种以上任意比例的混合物。

4.如权利要求1所述的具有定向孔道结构的树脂固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所添加的磁响应材料的质量占树脂单体和固化剂总质量的0.5 %～10 %。

5.如权利要求1所述的具有定向孔道结构的树脂固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述固化剂为pacm、aibn、ek3402中的一种或两种以上任意比例的混合物，环氧树脂单体与固化剂的质量比为1:（0.2~0.3）。

6.如权利要求1所述的具有定向孔道结构的树脂固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述模具材质为聚四氟乙烯、铝合金和铜合金中的一种或两种以上任意比例的混合物。

7.如权利要求1所述的具有定向孔道结构的树脂固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述刻蚀溶液为硫酸、盐酸和磺酸中的一种或两种以上任意比例的混合物，酸浓度范围为1 mol/l～7 mol/l。

8.如权利要求1所述的具有定向孔道结构的树脂固体电解质的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，离子电解液为lb-266、lb-632或lx-031，浸泡时间不低于10h。

9.权利要求1至8任一项所述的制备方法制得的具有定向孔道结构的树脂固体电解质。

10.如权利要求9所述的具有定向孔道结构的树脂固体电解质，其特征在于，所述树脂固体电解质的离子电导率范围为0.1 ms/cm～3.0 ms/cm，在astmd638标准测试下的力学拉伸强度范围为40 mpa～85 mpa。

技术总结
本发明公开了一种具有定向孔道结构的树脂固体电解质及其制备方法。采用树脂固体电解质作为主要原料，加入一定量的磁响应材料，并与树脂单体、固化剂一起导入封闭模具中进行固化，固化过程中通过磁场控制，固化后再通过刻蚀，获得具有定向孔道结构的树脂固体电解质。将其浸泡于包含锂盐及碳酸酯类溶剂的电解液后，可以获得较高的离子电导率。本方法制备的定向孔道结构的树脂固体电解质兼具较好的力学性能，可以实现工业化生产。

技术研发人员：叶金蕊,谷红波,雷琴,谢文昊,陈靖跃,李俊,曾俊菱
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12