[发明专利]一种电极粘结剂的制备方法

说明书

本发明提供了一种电极粘结剂的制备方法，包括：将二氟二苯类单体与柔性链段单体混合后，加第一催化剂和除水剂，在预设温度下反应得到聚合物；将聚合物倒入乙醇与水的混合液中，搅拌一段时间后干燥；取聚合物置于第二溶剂中溶解，加氯甲基化试剂及第二催化剂，在(40‑60)℃下反应(15‑25)h，倒入无水乙醇中搅拌，过滤并干燥，得氯甲基化聚合物；将氯甲基化聚合物溶解在第三溶剂中，然后加入离子化试剂，在(30‑50)℃下反应(6‑12)h，倒入去离子水中，过滤、干燥，得电极粘结剂。通过在刚性结构二氟二苯类单体中加入具有可弯曲的柔性连段单体，在结构上降低了链段间的范德华力，使得粘结剂易于溶解在低沸点的溶剂中。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体而言，涉及一种电极粘结剂的制备方法。

背景技术

随着传统化石燃料的不断减少以及它们的燃烧带来的污染不断扩大，人类已经开始寻求新型清洁能源取代它们，电池是一种可以将化学能直接高效地转化为电能的装置，因此人们将焦点集中在对电池的研究上。碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFC，Alkalineanion exchange membrane fuel cell)作为电池中的一种，它不仅具有碱性燃料电池氧化过电位低、可以使用非贵金属做催化剂等优势，同时其也兼具质子交换膜燃料电池的诸多优点，使其在近年燃料电池的研究中脱颖而出，成为人们研究的宠儿。但是作为关键组成部分的膜电极组件(MEA，membrane electrode assembly)仍存在缺点，这也制约这种优异的燃料电池的发展。膜电极组件是将负载催化剂的扩散层与阴离子膜通过热压的方法结合在一起的，由于过程中通常使用高沸点毒性聚合物作为催化剂的粘结剂，这样会在一定程度上使催化剂颗粒出现分散性差、易脱落等问题，导致反应效率降低，同时会对操作人员身体带来一定危害，因此寻求一种可溶解在低沸点绿色溶剂中的聚合物树脂替代传统树脂显得尤为重要。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种电极粘结剂及其制备方法，旨在解决现有由于使用高沸点毒性聚合物作为电极粘结剂，容易导致催化剂颗粒出现分散性差、易脱落的问题。

一个方面，本发明提出了一种电极粘结剂，一种电极粘结剂的制备方法，包括以下步骤：步骤(a)，将(20～80)摩尔份二氟二苯类单体与(20～80) 摩尔份柔性链段单体以预设比例进行混合后，向所述混合物中分别加入(10～100)体积份第一溶剂直至两种单体溶解后加入(40～80)摩尔份第一催化剂和(5～10)体积份除水剂，在(100～135)℃下反应(10-15)h得到聚合物；其中，基于1mmol计为1摩尔份，基于1ml计为1体积份；步骤(b)，将所述步骤(a)中制得的聚合物倒入乙醇与水的混合液中，并搅拌一段时间后干燥；步骤(c)，取(0.8～1)质量份所述聚合物置于(36～40)体积份第二溶剂中充分溶解，然后加入(0.04～5)摩尔份氯甲基化试剂及(0.01～0.015)摩尔份第二催化剂进行氯甲基化反应，在(40～60)℃下反应(15～25)h后，将溶液倒入无水乙醇中充分搅拌后，过滤、干燥，得到氯甲基化聚合物；其中，基于1mmol计为1摩尔份，基于1g计为1质量份，基于1ml计为1体积份；步骤(d)，将(0.4～0.5)质量份干燥后的所述氯甲基化聚合物溶解在(5～8) 体积份第三溶剂中，然后加入(0.1～0.15)摩尔份离子化试剂，在(30～50)℃下反应(6～12)h，然后将溶液倒入去离子水中，过滤、干燥，得到电极粘结剂；其中，基于1mmol计为1摩尔份，基于1g计为1质量份。

进一步的，上述电极粘结剂的制备方法中，所述二氟二苯类单体与所述柔性链段单体的摩尔比为1:1；所述催化剂与所述柔性链段单体的摩尔比为2:1。

进一步的，上述电极粘结剂的制备方法中，所述二氟二苯类单体为十氟联苯。

进一步的，上述电极粘结剂的制备方法中，所述柔性链单体的结构如下式所示：

进一步的，上述电极粘结剂的制备方法中，所述第一催化剂为碳酸钾，所述第一溶剂为二甲基乙酰胺，所述除水剂为甲苯。