[发明专利]凝胶聚合物电解质膜及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及超级电容器的电解质领域，特别涉及一种凝胶聚合物电解质膜和其制备方法。

【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具有电导率高的优点，但是由于其含有易燃、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和聚合物电解质锂离子电池因具有安全、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)，使其应用受到限制，因而凝胶聚合物电解质成为研究重点。但是有机液体电解质易燃、易挥发、热稳定性不好等缺点，存在安全隐患。

【发明内容】

基于此，有必要提供一种安全性较高、环境友好的凝胶聚合物电解质膜及其制备方法。

一种凝胶聚合物电解质膜，包含聚合物基底及混合于所述聚合物基底中的离子液体，所述聚合物基底与所述离子液体的质量比为10∶3~2∶1；其中，所述聚合物基底为聚偏氟乙烯-六氟丙烯；所述离子液体具有如下结构式，

其中，Y^-为BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

在其中一个实施例中，所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯的相对分子质量为10~80万。

一种凝胶聚合物电解质膜的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：提供或制备N-甲基哌啶及如下结构式表示的化合物A，

A:

其中，X为氯、溴或碘；

步骤二：将所述N-甲基哌啶与所述化合物A按照摩尔比为1∶1.05~1∶1.2混合，在无氧条件下加热至60℃~80℃，搅拌48小时~72小时发生合成反应，得到具有如下结构式表示的化合物B，

B:

步骤三：将所述化合物B与通式为M⁺Y^-的盐按照摩尔比为1∶1~1∶1.1混合，加入溶剂，在温度为10℃~40℃中搅拌3小时~24小时发生离子交换反应，得到具有如下结构式表示的离子液体C，

C:

其中，M⁺为Na⁺、K⁺或NH₄⁺；Y^-为BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-；

步骤四：将所述离子液体C与聚偏氟乙烯-六氟丙烯按照质量比为3∶10~1∶2混合，加入有机溶剂，在无水及无氧的环境下，加热至40℃~60℃，并搅拌形成均匀溶液；及

步骤五：将所述均匀溶液浇注于基板上，在真空气氛中，80℃~100℃干燥24小时~48小时，剥离得到所述凝胶聚合物电解质膜。

在其中一个实施例中，步骤二之后还包括对所述化合物B的纯化步骤：首先将所述合成反应的反应液静置冷却后用乙酸乙酯洗涤，然后将洗涤后的产物真空干燥，得到纯化的所述化合物B。

在其中一个实施例中，步骤三中，搅拌步骤是在超声振动频率为30KHz~50KHz，功率为80W～120W下进行的。

在其中一个实施例中，步骤三之后还包括对所述离子液体C的纯化步骤：将所述离子交换反应后的混合液过滤，并收集滤液，蒸发浓缩后真空干燥，得到纯化的所述离子液体C。

在其中一个实施例中，步骤三中，所述溶剂为丙酮、乙腈。