[发明专利]聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及凝胶聚合物电解质领域，特别是涉及一种聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质及其制备方法和应用。

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、无污染免维护等优点，可以作为一种新型、高效、实用的能量储存装置，因而广泛应用于军事、移动通讯、计算机以及电动汽车的混合电源领域。

超级电容器工作的电解质分为水系电解液和有机液体电解液。水系电解液的分解电压低，因而研究较少。有机液体电解液虽然具有电导率高的优点，但是有机液体电解液中的有机溶剂易燃、易挥发，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。

发明内容

基于此，有必要提供一种安全性好的聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质。

一种聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质，包括聚丙烯腈基凝胶聚合物膜和均匀分散在所述聚丙烯腈基凝胶聚合物膜中的离子液体电解液，其中，所述离子液体电解液为乙基甲基咪唑四氟硼酸盐的乙腈溶液、乙基甲基咪唑四氟硼酸盐的碳酸丙烯酯溶液、乙基甲基咪唑四氟硼酸盐的γ-丁内酯溶液、丁基甲基咪唑四氟硼酸盐的乙腈溶液、丁基甲基咪唑四氟硼酸盐的碳酸丙烯酯溶液或丁基甲基咪唑四氟硼酸盐的γ-丁内酯溶液。

在其中一个实施例中，所述聚丙烯腈基凝胶聚合物膜的厚度为0.1~0.3mm。

该聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质中离子液体电解液均匀分散在聚丙烯腈基凝胶聚合物膜中，从而克服了传统的有机液体电解液因有机溶剂挥发和漏液而存在安全隐患和环境污染的问题；同时聚丙烯腈基凝胶聚合物膜对离子液体电解液的吸收量大，从而该聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质具有较高电导率，安装在超级电容器上，超级电容器的比电容也较高。因此，该聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质具有优良的电化学性能，安全性好且环境友好。

一种聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质的制备方法，包括如下步骤：

按照聚丙烯腈与有机溶剂的质量比为1:12~1:4的比例将所述聚丙烯腈溶于有机溶剂中，搅拌均匀，得到聚丙烯腈聚合物溶液；

采用电纺丝法将所述聚丙烯腈聚合物溶液喷射在收集板上，真空干燥后得到聚丙烯腈基凝胶聚合物膜；

将所述聚丙烯腈基凝胶聚合物膜浸泡在离子液体电解液中，其中，所述离子液体电解液为乙基甲基咪唑四氟硼酸盐的乙腈溶液、乙基甲基咪唑四氟硼酸盐的碳酸丙烯酯溶液、乙基甲基咪唑四氟硼酸盐的γ-丁内酯溶液、丁基甲基咪唑四氟硼酸盐的乙腈溶液、丁基甲基咪唑四氟硼酸盐的碳酸丙烯酯溶液或丁基甲基咪唑四氟硼酸盐的γ-丁内酯溶液；

将离子液体电解液浸泡处理后的所述聚丙烯腈基凝胶聚合物膜取出，并去除所述聚丙烯腈基凝胶聚合物膜表面的离子液体电解液，即得到所述聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质。

在其中一个实施例中，所述聚丙烯腈的分子量为10000~300000。

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

在其中一个实施例中，所述离子液体电解液的浓度为0.5~2mol/L。

在其中一个实施例中，还包括在离子液体电解液浸泡处理之前将所述聚丙烯腈基凝胶聚合物膜裁剪成圆片的步骤。

在其中一个实施例中，所述圆片的直径为12mm。

该聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质的制备方法，通过将离子液体电解液与电纺丝法制备得到的聚丙烯腈基凝胶聚合物膜复合，从而得到聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质。上述方法工艺简单、制备得到的聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质具有优良的电化学性能，能应用于超级电容器中。

如一种超级电容器，包括正极片、负极片和介于所述正极片和所述负极片之间的聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质；所述聚丙烯腈基凝胶聚合物电解质包括聚丙烯腈基凝胶聚合物膜和均匀分散在所述聚丙烯腈基凝胶聚合物膜中的离子液体电解液，其中，所述离子液体电解液为乙基甲基咪唑四氟硼酸盐的乙腈溶液、乙基甲基咪唑四氟硼酸盐的碳酸丙烯酯溶液、乙基甲基咪唑四氟硼酸盐的γ-丁内酯溶液、丁基甲基咪唑四氟硼酸盐的乙腈溶液、丁基甲基咪唑四氟硼酸盐的碳酸丙烯酯溶液或丁基甲基咪唑四氟硼酸盐的γ-丁内酯溶液。

在其中一个实施例中，所述聚丙烯腈基凝胶聚合物膜的厚度为0.1~0.3mm。