[發明專利]一種凝膠聚合物電解質膜及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201210175304.2
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN103450610B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 周明杰;劉大喜;王要兵
• 申請（專利權）人: 海洋王照明科技股份有限公司;深圳市海洋王照明技術有限公司
• 主分類號: C08L29/04
• 分類號: C08L29/04;C08K5/3415;C08J5/18;H01G11/56
• 代理公司: 廣州三環專利代理有限公司44202
• 代理人: 郝傳鑫,熊永強

技術領域

本發明涉及電化學器件相關領域，尤其涉及一種凝膠聚合物電解質膜及其制備方法和用途。

背景技術

超級電容器是一種介于充電電池和電容器之間的新型能源器件，具有體積小、容量大、充電速度快、循環壽命長、放電效率高、工作溫度范圍寬、可靠性好和無污染免維護等優點，是一種新型、高效、實用的能量儲存裝置，因而被廣泛應用于軍事領域、移動通訊裝置、計算機、以及電動汽車的混合電源等。

超級電容器工作電解質分為水系電解液、有機液體電解液和聚合物電解質。水系電解液的分解電壓低，因而研究較少。目前廣泛使用的液體電解質的優點是電導率高，但是由于含有易燃、易揮發的有機溶劑，其在充放電過程中釋放出可燃氣體，特別是在某些非常規工作條件下（如大功率充放電、過充過放等）產生大量熱會加速氣體的產生，導致電池內壓增高，氣體泄漏，甚至起火爆炸，因而存在嚴重的安全隱患。聚合物電解質超級電容器和聚合物電解質鋰離子電池因具有安全、無泄漏、漏電流小等優點而被研究者們所重視。但是固態聚合物電解質室溫下電導率較低(10^-5~10^-4s/cm),使用應用受到限制,因而凝膠聚合物電解質成為研究重點。

發明內容

鑒于此，本發明實施例旨在提供一種凝膠聚合物電解質膜及其制備方法，具有安全性能高、環境友好、有利于大規模制備等特點，能用于制備超級電容器。

本發明實施例提供了一種凝膠聚合物電解質膜，所述凝膠聚合物電解質膜的材質包含聚合物基底材料與離子液體混合形成的混合材料，所述聚合物基底材料與所述離子液體的質量比為100:30~50，所述聚合物基底材料為聚乙烯醇，所述離子液體為具有如結構式（1）所示的化合物：

式中，Y^-為BF₄^-、PF₆^-、(CF₃SO₂)₂N^-或CF₃SO₃^-。

優選地，聚乙烯醇（PVA）的質均分子量為2~20萬。

相應地，本發明實施例還提供了一種凝膠聚合物電解質膜的制備方法，包括以下步驟：

（1）將N-甲基吡咯烷與甲氧基乙氧基鹵代甲烷按照摩爾比為1∶1.05~1.2的比例混合，在惰性氣體保護下加熱至60℃~80℃，攪拌反應48~72小時，得到具有如下結構式表示的化合物A：

式中，X^-為Cl^-、Br^-、I^-；

（2）將所述化合物A與通式為M⁺Y^-的鹽按照摩爾比為1:1~1.1的比例混合，加入去離子水，在室溫下攪拌反應8~24小時，得到具有如結構式（1）表示的離子液體：

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

（3）將所述離子液體與聚乙烯醇按照質量比為30~50:100混合，加入有機溶劑，在無水及惰性氣體保護下，加熱至40℃~60℃，攪拌均勻形成粘稠溶液，將所述粘稠溶液澆鑄在玻璃板上，在80℃~100℃下真空干燥24小時~48小時，冷卻后，剝離得到所述凝膠聚合物電解質膜。

步驟（1）為使得N-甲基吡咯烷與甲氧基乙氧基鹵代甲烷反應制得化合物A，反應式如下：

其中，RX為甲氧基乙氧基鹵代甲烷。

優選地，甲氧基乙氧基鹵代甲烷為甲氧基乙氧基氯甲烷、甲氧基乙氧基溴甲烷或甲氧基乙氧基碘甲烷。

其中，甲氧基乙氧基氯甲烷、甲氧基乙氧基溴甲烷或甲氧基乙氧基碘甲烷的結構式分別為：

優選地，所述惰性氣體為氮氣（N₂）或氬氣（Ar₂）。