[發明專利]阻燃型含氟可拉伸有機凝膠電解質及其制備方法

有效

• 申請號: 201610153324.8
• 申請日: 2016-03-17
• 公開（公告）號: CN105655149B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 王庚超;楊重陽;王曦;孫敏強
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: H01G11/56
• 分類號: H01G11/56;H01G11/84
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙)31218
• 代理人: 翟羽,曾人泉

技術領域

本發明涉及新能源材料技術領域，具體地說，是一種阻燃型含氟可拉伸有機凝膠電解質及其制備方法。

背景技術

目前，柔性可拉伸電子設備，例如顯示器、傳感器、智能機器人的發展，帶動了可拉伸儲能供電設備或器件的發展。可拉伸超級電容器具有很高的功率密度以及優異的循環壽命，是一種極具應用前景的可拉伸儲能供電器件。可拉伸超級電容器一般由凝膠電解質和柔性電極組成，在拉伸、彎曲、折疊的狀態下仍能保持優異的電化學性能。

但是，從更高的要求和標準去看，現有的可拉伸超級電容器因為采用水凝膠電解質，其工作電壓偏低，造成能量密度不夠高，限制了其在更多領域的應用。而有機凝膠電解質具有更寬的電位窗口，以有機凝膠電解質組裝的可拉伸超級電容器可望獲得更高的能量密度。在化學物質中，含氟聚合物具有機械強度高、耐熱性好、阻燃以及電化學電位窗口寬的優點，是用作有機凝膠電解質的理想基材，常與有機電解液或者離子液體結合制備高電位窗口的阻燃型凝膠電解質。

Woong Kim等人將聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物塑料溶于1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽離子液體制備可拉伸的有機凝膠電解質，所述有機凝膠電解質具有20%的彈性伸長率（ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 13578）。但是，這種方法制備的有機凝膠未經過交聯，其力學強度和拉伸率偏低；且離子液體的價格普遍偏貴，不適合商品化應用。另一方面，聚偏氟乙烯類聚合物不耐乙腈等極性有機電解液，導致所制得的凝膠電解質力學強度較差，無法用于可拉伸超級電容器的裝配；此外，這類含氟聚合物的斷裂伸長率相對偏低也限制了其在可拉伸儲能器件領域的應用。

發明內容

本發明的目的在于克服上述不足，提供一種阻燃型含氟可拉伸有機凝膠電解質，它具備更高的離子電導率、更寬的電位窗口、更優異的阻燃性和拉伸回彈性能，能在伸長率為100%時、循環拉伸500次后基本不發生塑性變形；由所述有機凝膠電解質產生的含氟橡膠薄膜經交聯后拉伸強度和耐極性溶劑的能力明顯提高；可用于構筑高能量密度、高安全性能的可拉伸超級電容器；本發明的再一目的是，提供所述阻燃型含氟可拉伸有機凝膠電解質的制備方法，其工藝簡單、易于工業化生產。

為實現上述目的，本發明采取了以下技術方案。

一種阻燃型含氟可拉伸有機凝膠電解質，其特征在于，由氟橡膠經含有活潑氫的有機多元胺化學交聯后，再經有機電解液浸潤而成，其離子電導率為1.5～10mS/cm，在伸長率為20～100%、循環拉伸500次后塑性變形為1.4～4.8%。

可選的，所述氟橡膠為聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯或者聚偏氟乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯的一種。

可選的，所述含活潑氫的有機多元胺為：H₂N-R₁-NH₂ ，

式中，

R₁選自C₁～C₄直鏈或支鏈的烷基，或（CH₂-CH₂-NH）n，n=1，2；

所述含活潑氫的有機多元胺為乙二胺、1,3-丙二胺、1,6-己二胺、二乙烯三胺或者三乙烯四胺的一種。

為實現上述目的，本發明采取了以下技術方案。

所述阻燃型含氟可拉伸有機凝膠電解質的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）制備含氟橡膠溶液

將氟橡膠加入到具塞三角燒瓶中，再加入易揮發溶劑，室溫下攪拌12小時，使氟橡膠溶解，控制氟橡膠濃度為5～25%，得到含氟橡膠溶液；

（2）制備含氟橡膠與含活潑氫的有機多元胺混合溶液

將含活潑氫的有機多元胺類交聯劑溶于步驟（1）的易揮發溶劑，控制含活潑氫的有機多元胺濃度為5 %；再將所得溶液加入步驟（1）得到的含氟橡膠溶液中，控制含活潑氫的有機多元胺的用量為氟橡膠用量的0.5～10%，室溫下攪拌混合均勻，靜置除去氣泡，得到混合溶液；

（3）制備氟橡膠膜

將步驟（2）得到的混合溶液倒入平板模具中，室溫下干燥6小時，得到均勻的氟橡膠膜；

（4）制備氟橡膠交聯膜

將步驟（3）得到的氟橡膠膜置于25～120℃的烘箱中，保溫4～48小時，得到氟橡膠交聯膜；

（5）制備阻燃型含氟可拉伸有機凝膠電解質

將步驟（4）得到的氟橡膠交聯膜放入1mol/L有機電解液中浸泡1小時，得到目標產物——阻燃型含氟可拉伸有機凝膠電解質。