[发明专利]基于硼酸酯键的聚离子液体凝胶电解质及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于硼酸酯键的聚离子液体凝胶电解质，以1‑乙烯基‑3‑丁基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺和羟甲基丙烯酰胺、N,N‑二甲基丙烯酰胺为原料，α‑酮戊二酸为引发剂，1，4苯二硼酸为交联剂，通过简单的“一锅法”聚合后，再浸泡在1‑丁基‑3‑甲基咪唑四氟硼酸盐中成功制得了一种高电导率的聚离子液体凝胶。凝胶形成开放式微孔结构，通过浸渍离子液体，使游离的离子不仅可以在凝胶聚合物本体中进行迁移，还能通过凝胶开放式微孔结构中含有的离子液体的液态相进行传输，因此具有较高的离子电导率。

技术领域

本发明涉及聚离子液体凝胶领域，尤其涉及一种基于硼酸酯键聚离子液体凝胶电解质及其制备方法。

背景技术

电解质是电化学电源的重要组成部分，在储能器件的电化学性能中起着至关重要的作用。目前广为使用的液态电解质，存在着易泄露，封装要求高等缺点，严重影响了电化学响应器件的实际应用。而聚合物电解质具有柔性高、不易泄露、安全性高等特点。

离子液体是一种室温下为液态的无机盐，是一种完全由阴离子和阳离子组成的物质，具有不挥发、高电导率、无饱和蒸气压、热稳定性优异等特点，在室温下常常呈现出液体状态。聚离子液体凝胶是一种以离子液体为分散介质形成的凝胶，拥有高离子电导率是离子液体凝胶的基本物理特性。作为一种新型准固态电解质，聚离子液体凝胶在化学领域的应用备受关注，不仅弥补了传统液态电解质离子液体外溢的问题，而且其在形状上较高的可塑性满足了人们对特殊材料的需求，根据实际情况制备出特定的形状、尺寸。

基于硼酸酯键水凝胶作为一种三维立体结构的聚合物凝胶，在内部存在大量的多孔结构用来储存电解质或增塑剂。游离的离子不仅可以在聚合物本体中进行迁移，还能通过凝胶多孔结构中的液态相进行传输，因此具有较高的离子电导率。

聚离子液体凝胶电解质通常表现出较差的环境相容性以及较低的离子电导率，为了获得基于离子液体的柔性聚合物电解质，近年来已有人提出交联策略。2014年，王启刚等人公开的中国专利CN105590759A中，将二氧化钛纳米颗粒、氧化锡纳米颗粒、氧化锆纳米颗粒等半导体和甲基丙烯酸甲酯、N,N-二甲基丙烯酰胺等单体加入到离子液体1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐中，通过紫外光辐照引发单体发生自由基聚合，生成具有三维网络结构的离子液体凝胶电解质，但该专利采用的氧化锡等无机材料有较大的毒性。2018年，M.Taghavikish等人，化学交联了一种多离子液体凝胶电解质(PIL)，离子凝胶使用甲基丙烯酸2-羟乙酯(HEMA)单体和离子液体(离子液体中的1，4-二(乙烯基咪唑鎓)丁烷二溴化物(DVIMBr))作为聚合溶剂制备而成，在聚合物聚合和交联过程中IL原位截留在凝胶中。但是这种离子凝胶的离子电导率不是很高。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于硼酸酯键聚离子液体凝胶固态电解质及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于硼酸酯键的聚离子液体凝胶电解质，所述基于硼酸酯键的聚离子液体凝胶电解质按照如下方法制备：

将1-乙烯基-3-丁基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺离子液体(VBImTFSI)、N,N-二甲基丙烯酰胺(DMA)、羟甲基丙烯酰胺(NAM)、交联剂和引发剂加入水中,在室温下混合，用碱性溶液(优选氢氧化钠溶液)调节pH至9-10，所得混合液在模具中于功率为30-100W(优选功率60W)紫外灯下聚合1-2h成型(优选为1-1.5h)，冷冻干燥(优选时间为12h)，取出后于1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体中浸泡12-36h(优选24h)，得到所述基于硼酸酯键的聚离子液体凝胶电解质；