一种离子液体聚合物电解质及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种离子液体聚合物电解质及其制备方法，其采用“高分子化学功能化”方法合成离子液体聚合物，该离子液体聚合物，具有以下式(1)所示的结构：式(1)该式(1)由N-甲基咪唑和聚合物通过化学键连接构成，其中polymer可为线型聚合物及超支化聚合物，其中线性聚合物优选聚氧化乙烯和聚环氧氯丙烷，超支化聚合物优选超支化聚醚；阴离子a可以为卤素、四氟硼酸根、六氟磷酸根、双三氟甲基磺酰亚胺根等，其中式(1)中的N-甲基咪唑可以替换为吡啶环、三丁胺和吡咯环等。离子液体聚合物电解质是由离子液体聚合物和锂盐组成，其中不包含任何可挥发溶剂，其室温电导率可以达到3.5×10-4Scm-1。所述聚合物电解质可用于锂离子二次电池、电致变色、超电容器等电化学器件中。
【专利说明】-种离子液体聚合物电解质及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于聚合物电解质材料领域，特别涉及一种离子液体聚合物电解质及其制 备方法。
【背景技术】
[0002] 裡电池是20世纪60?70年代人们寻找替代化石能源的产物之一。裡电池相对于 传统电池具有工作电压高、能量密度高、工作温度范围宽、储存时间长及放电平稳等特点， 因此被广泛应用于通信、交通、军事和家用电器等领域。但是，目前裡离子电池通常使用的 是有机液体作为电解质，在使用过程中易发生漏液和爆炸，严重影响电池的使用寿命和使 用的安全性。聚合物电解质由聚合物和裡盐复合而成，聚合物裡离子电池相对于传统裡离 子电池具有可塑性灵活、体积小、安全性能好和可大规模工业化生产等特点，因此受到人们 广泛的关注。
[0003] 离子液体研究之初是W电化学应用为主要目的，现在它的应用已经扩展到作为绿 色介质或新的功能材料，在有机合成、分离分析、分离纯化和催化合成等方面被广泛应用。 由于离子液体室温下为液态，并且具有黏度低、不挥发、不燃烧、毒性小、室温电导率高及电 化学窗口宽等特点，因此离子液体适合作为电池的电解质，并且离子液体作为电解质的裡 离子电池的安全性较有机电解质电池要高，但是离子液体裡离子电池无法满足电池向轻量 化、薄膜化及形状任意化发展的方向。目前聚合物电解质电池虽然能够满足电池该一发展 方向，但是其室温电导率较低限制其实用化。将离子液体和聚合物相结合，制备离子液体聚 合物是提高聚合物电解质的电导率及裡离子电池使用的安全性和稳定性的重要途径。
[0004] 通过"高分子化学功能化"的方法制备离子液体聚合物，即利用化学反应，在线型 聚合物和超支化聚合物的分子上引入离子液体。该种离子液体聚合物电解质较离子液体电 解质具有更好的力学性能，较其他类型的聚合物电解质拥有更高的室温电导率。研究结果 表明；制备的离子液体聚合物电解质的室温电导率可达3. 5X l(T4Scnri。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种离子液体聚合物电解质及其制备方法。
[0006] 本发明通过如下技术方案实现：
[0007] 离子液体聚合物电解质，其通过溶液德注的方法制备。
[0008] 根据本发明，该聚合物电解质的制备包括如下步骤：
[0009] 1)、将裡盐于8(TC真空烘箱中干燥24小时；
[0010] 2)、称取一定量的裡盐和离子液体聚合物溶于溶剂中，强烈揽拌至形成均匀溶 液；
[0011] 3)、将上述溶液倒入聚四氣己帰模具中，室温挥发除去大部分溶剂后，6(TC真空干 燥24小时，得到离子液体聚合物电解质。
[0012] 根据本发明，所述裡盐为高氯酸裡、六氣磯酸裡、六氣神酸裡、四氣测酸裡、二草酸 测酸裡、二氣草酸测酸裡、H氣甲基賴酸裡和双H氣甲基賴醜亚胺裡，优选为高氯酸裡和双 H氣甲基賴醜亚胺裡，更优选为双H氣甲基賴醜亚胺裡。所述裡盐占聚合物基体的质量分 数为 5-100%。
[001引所述溶剂为二甲基亚讽、四氨巧喃、N，N-二甲基甲醜胺、己膳中的一种。所述溶剂 用量为聚合物基体质量的2-15倍。
[0014] 根据本发明，所述的离子液体聚合物电解质基体通过"高分子化学功能化"方法来 合成，离子液体聚合物电解质，具有式（1)的结构：
[0015]
【权利要求】
1. 离子液体聚合物电解质，其特征在于：所述的离子液体聚合物电解质是由离子液体 聚合物和锂盐组成，不包含任何可挥发溶剂。
2. 根据权利要求1所述的离子液体聚合物电解质，其特征在于：所述离子液体聚合物 电解质采用溶液浇注法制备，包括以下步骤， 1) 、将锂盐于80°C真空烘箱中干燥24小时； 2) 、称取一定量的锂盐和离子液体聚合物溶于溶剂中，强烈搅拌至形成均匀溶液； 3) 、将上述溶液倒入聚四氟乙烯模具中，室温挥发除去大部分溶剂后60°C真空干燥24 小时，得到离子液子体聚合物电解质。
3. 根据权利要求1~2任一项所述的离子液体聚合物电解质，其特征在于：所述锂盐为 高氯酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三氟甲 基磺酸锂和双三氟甲基磺酰亚胺锂中的一种。所述锂盐用量为聚合物基体质量的5-100 %。
4. 根据权利要求Γ3任一项所述的离子液体聚合物电解质，其特征在于：所述溶剂为 二甲基亚砜、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、乙腈中的一种。所述溶剂用量为聚合物基体质 量的2-15倍。
5. 根据权利要求Γ4任一项所述的离子液体聚合物电解质，其特征在于：所述的聚合 物基体为离子液体聚合物，该离子液体聚合物采用"高分子化学功能化"的方法制备。
6. 根据权利要求Γ5任一项所述的离子液体聚合物，其结构如下式（1)所示：
式⑴ 该式（1)由N-甲基咪唑和聚合物通过化学键连接构成，其中polymer可为线型聚合物 及超支化聚合物，其中线性聚合物优选聚氧化乙烯和聚环氧氯丙烷，超支化聚合物优选超 支化聚醚；阴离子a可以为卤素、四氟硼酸根、六氟磷酸根、双三氟甲基磺酰亚胺根等，其中 式⑴中的N-甲基咪唑可以替换为吡啶环、三丁胺和吡咯环等。
7. 根据权利要求1~6任一项所述的离子液体聚合物，其特征在于：所述的polymer与 N-甲基咪唑通过化学键连接前，polymer上所带轻基先进行卤化。
8. 根据权利要求Γ7任一项所述的离子液体聚合物，其特征在于：离子液体聚合物电 解质不同阴离子可以通过阴离子置换得到。
【文档编号】H01M10/0565GK104466240SQ201310430401
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】张辽云, 郑涛, 李化毅, 周倩, 任士通, 胡友良 申请人:中国科学院大学