[发明专利]一种凝胶聚合物电解质的制备方法和超级电容器应用有效

专利信息
申请号: 202110227310.7 申请日: 2021-03-01
公开(公告)号: CN113035585B 公开(公告)日: 2022-02-22
发明(设计)人: 刘利彬;王济君;班青;盖利刚;李学林;姜海辉;绪玉萍;刘越 申请(专利权)人: 齐鲁工业大学
主分类号: H01G11/56 分类号: H01G11/56
代理公司: 济南竹森知识产权代理事务所(普通合伙) 37270 代理人: 吕利敏;孙宪维
地址: 250300 山东*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 凝胶 聚合物 电解质 制备 方法 超级 电容器 应用
【说明书】:

发明属于储能领域,涉及一种全固态超级电容器的凝胶聚合物电解质的制备方法和用途。将丙烯酸六氟丁酯(HFBA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)添加到溶剂中,加入阻燃剂、聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)和双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(LiTFSI),添加引发剂,在50‑80℃下聚合10‑14小时,制备了阻燃凝胶聚合物电解质。凝胶电解质在20℃时具有4mS cm‑1的良好离子电导率和良好的阻燃能力。在~28KPa的最大应力和~305%的最大应变的范围内调节凝胶电解质的机械强度。基于凝胶的SC具有良好的低温耐受性,并且可以在‑20℃至60℃的温度范围内正常工作。凝胶电解质的多重优点扩展了其在离子导体和能量存储设备中的应用,解决了传统的液体电解质由于易挥发,易燃且易于泄漏等缺点。

技术领域

本发明属于储能领域,涉及一种全固态超级电容器的凝胶聚合物电解质的制备方法和用途。尤其是涉及一种用于全固态超级电容器的阻燃,高导电性和耐低温凝胶聚合物电解质的制备方法和用途。

背景技术

随着电动汽车和便携式可穿戴电子设备的飞速发展,对锂离子电池和超级电容器之类的能量存储设备的需求正在增长。电解质作为储能装置的重要组成部分,引起了极大的关注。当前,储能装置中使用的大多数电解质是有机液体(有机酯或醚)和锂盐的组合。有机液体最常见的选择之一是碳酸亚乙酯和线性碳酸酯(碳酸二乙酯或碳酸二甲酯)的混合物。然而,当储能设备过充或发生短路时,液态电解质较差的热稳定性,易燃性和容易泄漏的缺点会使该设备遭受安全风险,例如燃烧和爆炸。

固态聚合物电解质与液态电解质相比不易燃,崔等[J.Wan,J.Xie,X.Kong,Z.Liu,F.Shi, A.Pei,H.Chen,W.Chen,J.Chen,X.Zhang,L.Zong,J.Wang,L.Chen,J.Qin,Y.Cui,Nat. Nanotechnol.14(2019)705–711]报道了通过将聚环氧乙烷/双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂电解质填充到不易燃的多孔聚酰亚胺膜中而制成的聚合物电解质,该膜在30℃下的电导率为 2.3×10-4S cm-1,具有良好的阻燃性。但是,固态聚合物电解质在室温下(~10-4-10-6S cm-1) 具有较低的离子电导率并且与电极的界面接触不良,这限制了其实际应用。

作为一种折中策略,凝胶聚合物电解质由于其高离子电导率和良好的机械性能而被认为是液体电解质最有希望的替代品。但是,在零下温度下,水凝胶电解质不可避免发生水的结冰而导致电导率急剧下降,从而无法使用水凝胶电解质。而有机溶剂制成的凝胶聚合物电解质会有燃烧风险。人们尝试以离子液体为溶剂,合成含硼凝胶聚合物电解质,或者使用不易燃的磷酸三乙酯作为溶剂的聚偏二氟乙烯-共六氟丙烯基凝胶聚合物电解质。但是,离子液体相对昂贵,有机磷酸酯溶剂的引入将导致聚合物电解质的电导率降低。另外,有机磷酸盐倾向于在石墨阳极的表面上形成不稳定的固体-电解质-中间相膜,这会导致在第一次充电过程中石墨剥落和连续的电解质分解。

因此,现有技术的电解质,无法在保证高离子电导率和良好的机械性能的前提下,消除易挥发易燃且易于泄漏的风险,或者实现成本可控。

发明内容

为了解决传统的液体电解质由于易挥发,易燃且易于泄漏等缺点,使得储能装置在过充和短路的情况下不会发生燃烧和爆炸的问题,本发明提供一种阻燃凝胶聚合物电解质的制备方法,利用阻燃剂(DOPO)的活性P-H键接枝到聚合物链上,制备了阻燃凝胶聚合物电解质。在进行性能测试是,我们吃惊的发现,该凝胶聚合物电解质具有良好离子电导率、良好的阻燃能力、良好的低温耐受性、可调节的机械强度等多重优点,扩展了其在离子导体和能量存储设备中的应用。

本发明提供一种阻燃凝胶聚合物电解质的制备方法,包括下列步骤:

1)将丙烯酸六氟丁酯(HFBA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)添加到溶剂中。

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