[发明专利]一种用于超级电容器的聚芳醚/离子液体复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物复合膜制备技术领域，具体涉及一种用于超级电容器的新型聚芳醚/离子液体复合膜及其制备方法。

背景技术

随着科技的进步，新型高效储能元件的研究受到了科研工作者越来越广泛的关注。超级电容器作为新型储能元件的一种，具有功率密度高，循环寿命长，环境友好等优点。超级电容器主要由电极、电解质和隔膜组成，通过在电极和电解质之间形成双电层效应实现能量的存储。作为储能装置，超级电容器的安全性能是十分重要的。隔膜材料在器件中将两个电极隔开，防止电极直接接触，出现短路，从而提升整体安全性。隔膜材料的研究对于提升超级电容器的安全性能起到重要作用。

近些年随着对隔膜材料研究的逐步深入，出现了一种全固态超级电容器。在这种超级电容器中，隔膜材料具有离子传导的功能，兼具电解质的功能，取代了过去的液态电解质，这种隔膜材料也被称为聚合物电解质。全固态超级电容器具有易于小型化，安全性高，力学性能高等优点。此外全固态超级电容器最重要的优点是可以在高温环境下工作，这是传统的液态电解质不具备的功能。通常全固态超级电容器都具有较宽的电化学窗口，更宽的电化学窗口给器件带来了更高的能量密度和更为广阔的应用空间。

聚芳醚是一类高性能聚合物，主链上的苯环结构带来了较强的刚性，使其具有较高的热稳定性。同时易于改性的特点使聚芳醚在隔膜材料上具有很好的应用前景。离子液体又称为室温熔融盐，具有高传导率，低挥发性，高热稳定性等优点。这些优点使离子液体在电解质的领域被广泛应用。但是将离子液体与聚合物复合制备复合膜并作为电解质应用于超级电容器中还很少研究。利用聚芳醚和离子液体进行复合来制备复合膜应用于超级电容器，可以有效提升超级电容器的整体性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超级电容器的聚芳醚/离子液体复合膜及其制备方法。采用本发明的复合膜作为聚合物电解质组装的固态超级电容器具有出色的电位窗口，提高了超级电容器的能量密度，同时避免了液态电解质作为超级电容器材料的安全隐患，从而为超级电容器带来了优异的安全性能。

聚芳醚/离子液体复合膜的制备方法是利用离子液体(咪唑鎓盐类离子液体)作为改性材料，含有官能团的聚芳醚(含脂肪链羧基的聚芳醚酮、聚芳醚砜，含苯羧基的聚芳醚酮、聚芳醚砜，含氨基的聚芳醚酮、聚芳醚砜)作为基体材料，通过溶液共混的方法，制备高热稳定性的聚芳醚/离子液体复合膜。

本发明所述的聚芳醚/离子液体复合膜由溶液混合方法配制成均匀的混合溶液，并以流延法制备而成。其是将含有官能团的聚芳醚共聚物与离子液体溶于相同有机溶剂中，得到均一稳定的混合溶液；随即流延于干净整洁的玻璃板上，干燥成膜。其中含有官能团的聚芳醚为含脂肪链羧基的聚芳醚酮、聚芳醚砜，含苯羧基的聚芳醚酮、聚芳醚砜，含氨基的聚芳醚酮、聚芳醚砜中的一种，离子液体为咪唑鎓盐类离子液体中的一种，按两者质量比进行计算，含有官能团的聚芳醚与离子液体用量比为1：0.2～4。

本发明中使用的含有官能团的聚芳醚结构式为结构式(Ⅰ)和结构式(Ⅱ)中的一种：

结构式(Ⅰ)：

其中m的值为0.1～0.9，n代表聚合度，为大于20的整数；

结构式(Ⅱ)：

其中x的值为0.1～0.9，y代表聚合度，为大于20的整数；

Ar为下列结构中的一种，

离子液体具有较高的传导率、较好的热稳定性、低挥发性以及无毒等特点，本发明采用咪唑鎓盐类的离子液体作为改性材料。咪唑鎓盐类离子液体的结构如下所示：

R₁＝CH₃、C₂H₅或C₃H₇

R₂＝CH₃、C₂H₅、C₃H₇或C₃H₆SO₃H

X＝BF₄^-、PF₆^-、N(CF₃SO₂)₂^-或HSO₄^-