[發明專利]含乙烯基咪唑鏈段聚合物凝膠電解質及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201210339645.9
• 申請日: 2012-09-14
• 公開（公告）號: CN102867648A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 宋春梅;趙丹;吳敏;王永光;閆欣;張亮;汪珍
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H01G9/022
• 分類號: H01G9/022;H01G9/20
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本發明屬于化學及其能源電池技術領域，具體地涉及一種含乙烯基咪唑鏈段的聚合物凝膠電解質及其制備方法。

背景技術

染料敏化太陽能電池(DSSC)因其易組裝、成本低、效率高(12.3％)的優點而受到廣泛的關注。例如，美國專利US?6479745中液體電解質組分為0.5mol/L?KI、0.05mol/L?I₂，溶劑為碳酸丙烯酯，測得室溫的電導率為7.2mS.cm^-1。但是，基于液體電解質和DSSC存在電池封裝困難、溶劑揮發、染料解吸附、腐蝕反電極及壽命短等缺點，而聚合物電解質具有封裝簡單、廉價、性能穩定等優點。

DSSC聚合物電解質作為具有實用性價值的聚合物電解質應滿足以下條件：(1)室溫離子電導率達10^-3S.cm^-1數量級；(2)與電極界面接觸性能良好，界面電阻小，界面電荷傳輸速度快；(3)良好的電化學穩定性；(4)良好的加工性能。

現有技術的液體電解質存在溶劑易泄漏、易揮發、電池性能不穩定和使用壽命短等缺點。因此，無滲漏、使用時間長的聚合物準固體與固體電解質成為最有前途的材料。

發明內容

本發明克服了現有技術中液體電解質造成的DSSC電池封裝困難、溶劑揮發、染料解吸附、腐蝕反電極及壽命短等缺陷，提出了一種聚合物凝膠電解質及其制備方法和應用。本發明提出的含乙烯基咪唑鏈段聚合物凝膠電解質及其制備方法具有路線簡單，操作條件溫和，產物提純步驟簡單而產率高，熱穩定性好，易于封裝，電化學穩定性良好等優點。

本發明提出了一種含乙烯基咪唑鏈段聚合物凝膠電解質，其具有如下化學式(I)的結構：

其中，M⁺代表Na⁺、K⁺或Li⁺；R₁代表H或CH₃；R₂代表CH₃、C₄H₉、CH₂CH₂OH或CH₂CH₂CH₂OH或C₇F₁₅。

本發明還提出了所述含乙烯基咪唑鏈段聚合物凝膠電解質的制備方法，通過聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯)/聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)P(VIM-A)/P(VDF-HFP)共混物與氧化還原對碘化物/I₂混合，反應得到所述聚合物凝膠電解質。

本發明聚合物凝膠電解質的制備方法依次包括以下步驟：

步驟(1)聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯)/聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)共混物制備：

將乙烯基咪唑單體和丙烯酸酯類單體溶于溶劑中，形成乙烯基咪唑單體和丙烯酸酯類單體的溶液；將引發劑溶于溶劑中，形成引發劑溶液；在反應瓶中加入聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)和溶劑形成混合物，向該聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)和溶劑的混合物中通入氮氣并升溫，再加入所述乙烯基咪唑單體和丙烯酸酯類單體的溶液與引發劑溶液，反應得到聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯)/聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)P(VIM-A)/P(VDF-HFP)共混物，其中，聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯)P(VIM-A)的結構如化學式(II)所示；

其中，x∶y的個數比為10∶(20～320)；R₁代表H或CH₃；R₂代表CH₃、C₄H₉、CH₂CH₂OH或CH₂CH₂CH₂OH或C₇F₁₅。

步驟(2)聚合物凝膠電解質制備：

將碘化物、I₂和溶劑混合攪拌之后得到碘化物/I₂電解質溶液；將經過步驟(1)處理得到的聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯)/聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)P(VIM-A)/P(VDF-HFP)共混物加入到碘化物/I₂電解質溶液中，再加入離子液體，在密封環境中于60-75℃加熱、攪拌，再冷卻至室溫得到產物如式(I)所示的含乙烯基咪唑鏈段的聚合物凝膠電解質。