[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。

本发明的聚芳醚/离子液体高热稳定性复合聚合物电解质的制备方法，是以含有官能团的聚芳醚为基体材料，以离子液体为改性材料，将一定质量比的改性材料均匀分散在有机溶剂中(N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的一种或几种的混合物)中，同时将含有官能团的聚芳醚溶解于同种溶剂中，再将两种溶液混合搅拌均匀；然后将混合溶液浇铸成膜，在60～80℃烘干，再在110～130℃真空条件下干燥16～36小时，即得到高热稳定性的聚芳醚/离子液体复合聚合物电解质膜；其中含有官能团的聚芳醚和离子液体的质量比为1：0.2～4。

进一步地，离子液体溶液的浓度为0.5～3g/mL，含有官能团的聚芳醚溶液的浓度为0.1～0.3g/mL。

上述的浇铸成膜即可以是将混合溶液倒在平整的玻璃板上自然形成液态膜，烘干后形成固态的薄膜材料；也可以浇铸在任何形状的模型(具)或容器中，烘干后形成有一定厚度的固定形状的制品。

具体实施方式

下面实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1

将1克含有氨基的聚芳醚砜(m＝0.2)溶解到10mL DMAc中，将0.5克离子液体(1-乙基-3甲基咪唑鎓四氟硼酸盐)溶解到1mL DMAc中，然后将两种溶液混合在一起继续搅拌12小时，形成均匀溶液，然后浇铸到平整的玻璃板上，在80℃烘干后，继续于120℃温度下真空干燥24小时，即得到聚芳醚砜/离子液体复合聚合物电解质膜。

实施例2