一種離子液體聚合物電解質(zhì)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種離子液體聚合物電解質(zhì)及其制備方法，其采用“高分子化學(xué)功能化”方法合成離子液體聚合物，該離子液體聚合物，具有以下式(1)所示的結(jié)構(gòu)：式(1)該式(1)由N-甲基咪唑和聚合物通過化學(xué)鍵連接構(gòu)成，其中polymer可為線型聚合物及超支化聚合物，其中線性聚合物優(yōu)選聚氧化乙烯和聚環(huán)氧氯丙烷，超支化聚合物優(yōu)選超支化聚醚；陰離子a可以為鹵素、四氟硼酸根、六氟磷酸根、雙三氟甲基磺酰亞胺根等，其中式(1)中的N-甲基咪唑可以替換為吡啶環(huán)、三丁胺和吡咯環(huán)等。離子液體聚合物電解質(zhì)是由離子液體聚合物和鋰鹽組成，其中不包含任何可揮發(fā)溶劑，其室溫電導(dǎo)率可以達(dá)到3.5×10-4Scm-1。所述聚合物電解質(zhì)可用于鋰離子二次電池、電致變色、超電容器等電化學(xué)器件中。
【專利說明】-種離子液體聚合物電解質(zhì)及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于聚合物電解質(zhì)材料領(lǐng)域，特別涉及一種離子液體聚合物電解質(zhì)及其制 備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 裡電池是20世紀(jì)60?70年代人們尋找替代化石能源的產(chǎn)物之一。裡電池相對于 傳統(tǒng)電池具有工作電壓高、能量密度高、工作溫度范圍寬、儲存時(shí)間長及放電平穩(wěn)等特點(diǎn)， 因此被廣泛應(yīng)用于通信、交通、軍事和家用電器等領(lǐng)域。但是，目前裡離子電池通常使用的 是有機(jī)液體作為電解質(zhì)，在使用過程中易發(fā)生漏液和爆炸，嚴(yán)重影響電池的使用壽命和使 用的安全性。聚合物電解質(zhì)由聚合物和裡鹽復(fù)合而成，聚合物裡離子電池相對于傳統(tǒng)裡離 子電池具有可塑性靈活、體積小、安全性能好和可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，因此受到人們 廣泛的關(guān)注。
[0003] 離子液體研究之初是W電化學(xué)應(yīng)用為主要目的，現(xiàn)在它的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到作為綠 色介質(zhì)或新的功能材料，在有機(jī)合成、分離分析、分離純化和催化合成等方面被廣泛應(yīng)用。 由于離子液體室溫下為液態(tài)，并且具有黏度低、不揮發(fā)、不燃燒、毒性小、室溫電導(dǎo)率高及電 化學(xué)窗口寬等特點(diǎn)，因此離子液體適合作為電池的電解質(zhì)，并且離子液體作為電解質(zhì)的裡 離子電池的安全性較有機(jī)電解質(zhì)電池要高，但是離子液體裡離子電池?zé)o法滿足電池向輕量 化、薄膜化及形狀任意化發(fā)展的方向。目前聚合物電解質(zhì)電池雖然能夠滿足電池該一發(fā)展 方向，但是其室溫電導(dǎo)率較低限制其實(shí)用化。將離子液體和聚合物相結(jié)合，制備離子液體聚 合物是提高聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率及裡離子電池使用的安全性和穩(wěn)定性的重要途徑。
[0004] 通過"高分子化學(xué)功能化"的方法制備離子液體聚合物，即利用化學(xué)反應(yīng)，在線型 聚合物和超支化聚合物的分子上引入離子液體。該種離子液體聚合物電解質(zhì)較離子液體電 解質(zhì)具有更好的力學(xué)性能，較其他類型的聚合物電解質(zhì)擁有更高的室溫電導(dǎo)率。研究結(jié)果 表明；制備的離子液體聚合物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率可達(dá)3. 5X l(T4Scnri。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種離子液體聚合物電解質(zhì)及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] 離子液體聚合物電解質(zhì)，其通過溶液德注的方法制備。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明，該聚合物電解質(zhì)的制備包括如下步驟：
[0009] 1)、將裡鹽于8(TC真空烘箱中干燥24小時(shí)；
[0010] 2)、稱取一定量的裡鹽和離子液體聚合物溶于溶劑中，強(qiáng)烈攬拌至形成均勻溶 液；
[0011] 3)、將上述溶液倒入聚四氣己帰模具中，室溫?fù)]發(fā)除去大部分溶劑后，6(TC真空干 燥24小時(shí)，得到離子液體聚合物電解質(zhì)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，所述裡鹽為高氯酸裡、六氣磯酸裡、六氣神酸裡、四氣測酸裡、二草酸 測酸裡、二氣草酸測酸裡、H氣甲基賴酸裡和雙H氣甲基賴醜亞胺裡，優(yōu)選為高氯酸裡和雙 H氣甲基賴醜亞胺裡，更優(yōu)選為雙H氣甲基賴醜亞胺裡。所述裡鹽占聚合物基體的質(zhì)量分 數(shù)為 5-100%。
[001引所述溶劑為二甲基亞諷、四氨巧喃、N，N-二甲基甲醜胺、己膳中的一種。所述溶劑 用量為聚合物基體質(zhì)量的2-15倍。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，所述的離子液體聚合物電解質(zhì)基體通過"高分子化學(xué)功能化"方法來 合成，離子液體聚合物電解質(zhì)，具有式（1)的結(jié)構(gòu)：
[0015]

【權(quán)利要求】
1. 離子液體聚合物電解質(zhì)，其特征在于：所述的離子液體聚合物電解質(zhì)是由離子液體 聚合物和鋰鹽組成，不包含任何可揮發(fā)溶劑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子液體聚合物電解質(zhì)，其特征在于：所述離子液體聚合物 電解質(zhì)采用溶液澆注法制備，包括以下步驟， 1) 、將鋰鹽于80°C真空烘箱中干燥24小時(shí)； 2) 、稱取一定量的鋰鹽和離子液體聚合物溶于溶劑中，強(qiáng)烈攪拌至形成均勻溶液； 3) 、將上述溶液倒入聚四氟乙烯模具中，室溫?fù)]發(fā)除去大部分溶劑后60°C真空干燥24 小時(shí)，得到離子液子體聚合物電解質(zhì)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1~2任一項(xiàng)所述的離子液體聚合物電解質(zhì)，其特征在于：所述鋰鹽為 高氯酸鋰、六氟磷酸鋰、六氟砷酸鋰、四氟硼酸鋰、二草酸硼酸鋰、二氟草酸硼酸鋰、三氟甲 基磺酸鋰和雙三氟甲基磺酰亞胺鋰中的一種。所述鋰鹽用量為聚合物基體質(zhì)量的5-100 %。
4. 根據(jù)權(quán)利要求Γ3任一項(xiàng)所述的離子液體聚合物電解質(zhì)，其特征在于：所述溶劑為 二甲基亞砜、四氫呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、乙腈中的一種。所述溶劑用量為聚合物基體質(zhì) 量的2-15倍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求Γ4任一項(xiàng)所述的離子液體聚合物電解質(zhì)，其特征在于：所述的聚合 物基體為離子液體聚合物，該離子液體聚合物采用"高分子化學(xué)功能化"的方法制備。
6. 根據(jù)權(quán)利要求Γ5任一項(xiàng)所述的離子液體聚合物，其結(jié)構(gòu)如下式（1)所示：
式⑴ 該式（1)由N-甲基咪唑和聚合物通過化學(xué)鍵連接構(gòu)成，其中polymer可為線型聚合物 及超支化聚合物，其中線性聚合物優(yōu)選聚氧化乙烯和聚環(huán)氧氯丙烷，超支化聚合物優(yōu)選超 支化聚醚；陰離子a可以為鹵素、四氟硼酸根、六氟磷酸根、雙三氟甲基磺酰亞胺根等，其中 式⑴中的N-甲基咪唑可以替換為吡啶環(huán)、三丁胺和吡咯環(huán)等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1~6任一項(xiàng)所述的離子液體聚合物，其特征在于：所述的polymer與 N-甲基咪唑通過化學(xué)鍵連接前，polymer上所帶輕基先進(jìn)行鹵化。
8. 根據(jù)權(quán)利要求Γ7任一項(xiàng)所述的離子液體聚合物，其特征在于：離子液體聚合物電 解質(zhì)不同陰離子可以通過陰離子置換得到。
【文檔編號】H01M10/0565GK104466240SQ201310430401
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】張遼云, 鄭濤, 李化毅, 周倩, 任士通, 胡友良 申請人:中國科學(xué)院大學(xué)