[发明专利]四臂支化聚合离子液体凝胶电解质隔膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种四臂支化聚合离子液体凝胶电解质隔膜及其制备方法，其步骤为：a)用季戊四醇与2‑溴异丁酰溴反应制备四臂大分子引发剂，使用引发剂与甲基丙烯酸二甲氨基乙酯进行聚合得到四臂支化聚合物，将四臂支化聚合物与溴代脂肪烃或溴代季铵盐反应，并进行离子交换得到四臂支化聚合离子液体。b)将上述四臂支化聚合离子液体与锂盐、离子液体增塑剂共混，通过溶液浇铸法制备得到四臂支化聚合离子液体凝胶电解质隔膜。该凝胶电解质隔膜电导率可以达到2.5×10^‑4 S cm^‑1，电化学窗口大于4.5 V，锂离子迁移数达到0.34，在锂电池领域具有广泛应用价值。

技术领域

本发明涉及一种四臂支化聚合离子液体凝胶电解质隔膜及其制备方法，该隔膜具有较高的离子电导率、离子迁移数和较宽的电化学窗口，在锂电池领域具有较大应用价值。

背景技术

21世纪以来，随着科学技术的不断发展，能源问题成为了时下最热门的话题之一。储能技术作为一种新兴产业能够有效的缓解大自然的压力，实现可持续发展，也因此受到了极大程度的重视。其中，锂电池由于环境友好，可循环使用等特点而备受关注。在锂电池给人们生活带来便利的同时，安全隐患却始终得不到解决，关于电动汽车、手机电池、充电宝等移动电源燃烧甚至爆炸所带来的冲击使得人们开始担心电池的安全性。传统锂电池的组成包括正极材料、隔膜、负极材料和液态电解质，液态电解质泄露是电池安全性的主要影响因素之一，因此全固态电解质和凝胶电解质隔膜的设计应用被提出并引起人们的广泛关注。但全固态电解质存在电导率低、与电极界面接触不佳、循环稳定性较差等缺点，在没有取得突破性发展之前，难以商业化应用。凝胶电解质因其状态介于液态与固态之间，既可以有效避免有机液体泄露的问题，又具有优异的电化学性能，被认为是解决电池安全性问题的一项有效途径。

中国发明专利CN103094611A公开了一种离子液体凝胶电解质的制备方法，采用聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚丙烯腈作为隔膜基底，N-甲基-N-烷基吡咯双三氟甲烷磺酰亚胺或N-甲基-N-烷基哌啶双三氟甲烷磺酰亚胺离子液体作为电解液。中国发明专利CN103682434A采用PEO/SiO₂复合材料作为电解质基底，有机阳离子型EMIPF₆等离子液体作为增塑剂，制备了凝胶聚合物电解质。然而，采用常规聚合物作为电解质隔膜，存在离子液体与基底的兼容性问题，不利于离子液体增塑剂效果的充分发挥，对电池性能的提升受限。采用离子液体聚合物作为凝胶电解质隔膜基底，可以充分利用离子液体聚合物与离子液体小分子结构相似、极性相近的特点，实现隔膜与增塑剂的充分接触，达到优异的相容性。同时，多臂支化结构能够赋予离子液体聚合物更低的玻璃化转变温度，极大提升电极-电解质界面接触性能，增强电池的循环稳定性，为基于离子液体增塑剂凝胶电解质隔膜的发展提供了新的思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种四臂支化聚合物离子液体凝胶电解质隔膜及其制备方法，该隔膜采用多臂支化结构聚合离子液体作为基底，加入离子液体增塑剂和锂盐，通过溶液浇铸法制备而成。该凝胶电解质隔膜具有电导率高和电化学窗口宽等特点，在锂电池领域具有较高应用价值。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种四臂支化聚合离子液体凝胶电解质膜，由锂盐、离子液体增塑剂和四臂支化聚合离子液体构成，其中，四臂支化聚合离子液体的结构为：

四臂单中心支化聚合离子液体四臂双中心支化聚合离子液体；

其中，R₁为以下结构：

PF₆^-,ClO₄^-中的一种，

优选

R₂为以下结构：