[发明专利]超分子离子液凝胶电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种超分子离子液凝胶电解质及其制备方法与应用。所述的离子液凝胶电解质通过聚2‑[[((苯基氨基)羰基]氧代]碳酸乙二醇之间的氢键这一可逆非共价作用进行交联形成超分子聚合物网络，以具有热稳定性、非挥发性和高导电性的1‑乙基‑3‑甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺作为离子液体。动态可逆非共价交联方式以及离子液体的引入一方面优化了离子液凝胶电解质机械性能，另一方面使得制得的离子液凝胶具有很好的环境稳定性。本发明的超分子离子液凝胶电解质在可在大温度范围以及高湿度条件下正常工作，在柔性可拉伸电子器件领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，涉及一种超分子离子液凝胶电解质及其制备方法与应用。

背景技术

柔性凝胶电解质是器件的重要组成部分，在工业上的凝胶电解质一般分为电子凝胶和离子凝胶。最广泛使用的制备电子凝胶电解质的方法是将电子导电材料直接掺杂或掺混到凝胶基质中。电子导电材料通常分为三类：(1)金属(金，银，铜等)纳米粒子/ 纳米线；(2)碳基材料(例如，碳脂，碳纳米颗粒/碳纳米线/CNT，石墨烯，氧化石墨烯[GO]，还原的GO[rGO]纳米片)；(3)导电聚合物(例如，聚苯胺，聚吡咯，聚亚苯基亚乙烯基，聚噻吩，聚(3,4-乙撑二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)[PEDOT：PSS])。离子凝胶主要通过将可产生自由离子能力的材料引入凝胶基质中而制得。具有可产生自由离子能力的材料通常分为四类：(1)酸(例如HCl，H₂SO₄，H₃PO₄)；(2)盐(例如， NaCl/Na₂SO₄，KCl，LiCl，LiClO₄，FeCl₃/FeNO₃，CaCO₃/CaCl₂，TBCl₃，AlCl₃)；(3) 碱液(例如，NaOH，Ca(OH)₂，Ba(OH)₂，NH₄·H₂0)；(4)离子液体(例如1-乙基-3- 甲基咪唑鎓氯化物)。

由于传统的水凝胶电解质的机械性能和环境稳定性较差，需要对相关性能做进一步优化。首先，一般的凝胶体系都是采用化学交联来构筑内部的聚合物网络，大应变条件下聚合物链之间的化学键会受到不可逆的破坏，进而导致材料的失效。为了解决这一问题，可以采用氢键、配位键等可逆非共价交联制备具有自修复功能的超分子凝胶，并且可逆非共价交联机制可引入能量耗散机制，从而有效的提高凝胶体系的机械性能(J.Am.Chem.Soc.,2014,136(19):6969-6977)。其次，研究发现引入强疏水的离子液体可以给凝胶电解质带来优异的环境稳定性，使其可以在高低温和高低湿度下正常工作。以1-乙基 -3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺这一疏水性的离子液体制得的离子液凝胶可以在高真空(6×10^-4Pa)、低温(-70℃)和高温(100℃)下作为凝胶电解质正常使用(J.Mater.Chem.,2009,19,6649-6687)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好力学行为和环境稳定性的超分子离子液凝胶电解质及其制备方法和应用。该超分子离子液凝胶电解质以2-[[((苯基氨基)羰基]氧代]碳酸乙二醇(BACOEA)作为单体，以1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺([C₂min][NTf₂])作为离子液体。单体聚合后得到的聚合物链之间通过氢键这一可逆非共价键进行交联形成超分子聚合物网络。动态可逆交联方式的引入一方面实现了离子液凝胶电解质的自愈性能，另一方面引入有效的能量耗散机制优化了离子液凝胶电解质的力学行为。同时由于单体和离子液体都是具有强疏水性能的，因此离子液凝胶在极端环境下具有很好的工作稳定性。

实现本发明目的的技术方案如下：