[发明专利]一种凝胶聚合物电解质膜及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及电化学器件相关领域，尤其涉及一种凝胶聚合物电解质膜及其制备方法和用途。

背景技术

超级电容器是一种介于充电电池和电容器之间的新型能源器件，具有体积小、容量大、充电速度快、循环寿命长、放电效率高、工作温度范围宽、可靠性好和无污染免维护等优点，是一种新型、高效、实用的能量储存装置，因而被广泛应用于军事领域、移动通讯装置、计算机、以及电动汽车的混合电源等。

超级电容器工作电解质分为水系电解液、有机液体电解液和聚合物电解质。水系电解液的分解电压低，因而研究较少。目前广泛使用的液体电解质的优点是电导率高，但是由于含有易燃、易挥发的有机溶剂，其在充放电过程中释放出可燃气体，特别是在某些非常规工作条件下（如大功率充放电、过充过放等）产生大量热会加速气体的产生，导致电池内压增高，气体泄漏，甚至起火爆炸，因而存在严重的安全隐患。聚合物电解质超级电容器和聚合物电解质锂离子电池因具有安全、无泄漏、漏电流小等优点而被研究者们所重视。但是固态聚合物电解质室温下电导率较低(10^-5~10^-4s/cm),使用应用受到限制,因而凝胶聚合物电解质成为研究重点。

发明内容

鉴于此，本发明实施例旨在提供一种凝胶聚合物电解质膜及其制备方法，具有安全性能高、环境友好、有利于大规模制备等特点，能用于制备超级电容器。

本发明实施例提供了一种凝胶聚合物电解质膜，所述凝胶聚合物电解质膜的材质包含聚合物基底材料与离子液体混合形成的混合材料，所述聚合物基底材料与所述离子液体的质量比为100:30~50，所述聚合物基底材料为聚乙烯醇，所述离子液体为具有如结构式（1）所示的化合物：

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

优选地，聚乙烯醇（PVA）的质均分子量为2~20万。

相应地，本发明实施例还提供了一种凝胶聚合物电解质膜的制备方法，包括以下步骤：

（1）将N-甲基吡咯烷与甲氧基乙氧基卤代甲烷按照摩尔比为1∶1.05~1.2的比例混合，在惰性气体保护下加热至60℃~80℃，搅拌反应48~72小时，得到具有如下结构式表示的化合物A：

式中，X^-为Cl^-、Br^-、I^-；

（2）将所述化合物A与通式为M⁺Y^-的盐按照摩尔比为1:1~1.1的比例混合，加入去离子水，在室温下搅拌反应8~24小时，得到具有如结构式（1）表示的离子液体：

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

（3）将所述离子液体与聚乙烯醇按照质量比为30~50:100混合，加入有机溶剂，在无水及惰性气体保护下，加热至40℃~60℃，搅拌均匀形成粘稠溶液，将所述粘稠溶液浇铸在玻璃板上，在80℃~100℃下真空干燥24小时~48小时，冷却后，剥离得到所述凝胶聚合物电解质膜。

步骤（1）为使得N-甲基吡咯烷与甲氧基乙氧基卤代甲烷反应制得化合物A，反应式如下：

其中，RX为甲氧基乙氧基卤代甲烷。

优选地，甲氧基乙氧基卤代甲烷为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结构式分别为：

优选地，所述惰性气体为氮气（N₂）或氩气（Ar₂）。