[发明专利]咪唑离子液体/凝胶聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及咪唑离子液体/凝胶聚合物电解质膜及其制备方法。

背景技术

超级电容器是一种介于充电电池和电容器之间的新型能源器件，具有体积小、容量大、充电速度快、循环寿命长、放电效率高、工作温度范围宽、可靠性好和无污染免维护等优点，是一种新型、高效、实用的能量储存装置，因而被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。

超级电容器工作电解质分为水系电解液、有机液体电解液和聚合物电解质。水系电解液的分解电压低，因而研究较少。目前广泛使用的液体电解质的优点是电导率高，但是由于含有易燃、易挥发的有机溶剂，其在充放电过程中释放出可燃气体，特别是在某些非常规工作条件下（如大功率充放电、过充过放等）产生大量热会加速气体的产生，导致电池内压增高，气体泄漏，甚至起火爆炸，因而存在严重的安全隐患。聚合物电解质超级电容器因具有安全、无泄漏、漏电流小等优点而被研究者们所重视。固态聚合物电解质室温下电导率较低(10^-5~10^-4s/cm)，使用应用受到限制，因而凝胶聚合物电解质成为研究重点。

离子液体具有电导率高、熔点低、电化学窗口宽、不挥发、不可燃、热稳定性好等优势。近年来，含有离子液体的凝胶聚合物电解质越来越备受人们的关注。

发明内容

基于此，有必要针对现有的液体电解液安全性不高的问题，提供一种安全性较高的咪唑离子液体/凝胶聚合物电解质膜及其制备方法。

一种咪唑离子液体/凝胶聚合物电解质膜，包含聚氧化乙烯基底和混合于所述聚氧化乙烯中的咪唑离子液体，所述咪唑离子液体具有如下结构式：

其中，Y^-选自BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-和CF₃SO₃^-中的一种；所述聚氧化乙烯和咪唑离子液体的质量比为100:30~100:50。

在其中一个实施例中，所述聚氧化乙烯的相对分子量为50万。

上述咪唑离子液体/凝胶聚合物电解质膜在超级电容器或锂离子电池中的应用。

一种咪唑离子液体/凝胶聚合物电解质膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：按质量比100:30~50:20~40混合聚氧化乙烯、咪唑离子液体和有机溶剂，加热至40~60℃并搅拌使聚氧化乙烯溶解，形成为均相混合液，所述咪唑离子液体具有如下结构式：

其中，Y^-选自BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-和CF₃SO₃^-中的一种；

步骤二：将所述均相混合液浇铸在基板上，然后将所述浇铸有均相混合液的基板在80~100℃下真空干燥24~28小时，冷却至室温后剥离所述基板上的膜得到所述咪唑离子液体/凝胶聚合物电解质膜。

在其中一个实施例中，所述聚氧化乙烯的相对分子量为50万。

在其中一个实施例中，所述有机溶剂为乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。

在其中一个实施例中，所述咪唑离子液体按如下方法制备：

将甲氧基乙氧基氯乙烷、甲氧基乙氧基溴乙烷和甲氧基乙氧基碘乙烷中的一种与甲基咪唑按摩尔比1.05:1~1.2:1加入反应器中混合，加热至60~80℃，搅拌反应48~72小时得到卤化N-甲氧基乙氧基乙基-N-甲基咪唑，所述卤化N-甲氧基乙氧基乙基-N-甲基咪唑为氯化N-甲氧基乙氧基乙基-N-甲基咪唑、溴化N-甲氧基乙氧基乙基-N-甲基咪唑或碘化N-甲氧基乙氧基乙基-N-甲基咪唑；

将所述卤化N-甲氧基乙氧基乙基-N-甲基咪唑与通式为M⁺Y^-的盐按摩尔比1:1~1:1.1混合后溶于去离子水和二氯甲烷的混合液中，搅拌发生离子交换反应，分离纯化后得到具有如下结构式的咪唑离子液体：