[发明专利]一种基于甲基纤维接枝异丙基丙烯酰胺的可逆过热保护水系电解液及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于甲基纤维接枝异丙基丙烯酰胺(MC‑g‑NIPAM)的可逆过热保护水系电解液，通过以下方法制备：步骤1，配制成2‑3wt％质量比的甲基纤维素水溶液；步骤2，称取异丙基丙烯酰胺、过硫酸钾和去离子水，加入步骤1得到的甲基纤维素水溶液中，在保护气体保护下搅拌30‑60分钟后，加入25‑30uL四甲基乙二胺后在室温下反应8h。步骤3，将步骤2得到的反应产物透析5‑7天后冷冻干燥24‑48h即得MC‑g‑NIPAM。步骤4，室温20‑25℃下，将所述MC‑g‑NIPAM作为温敏共聚物加入电解质的水溶液中分散均匀，得到透明的均相溶液。本发明以MC‑g‑NIPAM温敏共聚物为添加剂，利用其水溶液低温溶胶‑高温凝胶的智能相转变制备智能热响应型电解液。

技术领域

本发明涉及温敏材料技术领域，特别是涉及一种基于甲基纤维接枝异丙基丙烯酰胺的可逆过热保护水系电解液及其制备方法和应用。

背景技术

超级电容器由于具有较高的能量密度和稳定的循环性能，得到广泛的应用。但另一方面超级电容器，其放电电流大，常运用于车辆起步发动机点火等需瞬时大功率的场合。然而超级电容器的耐高温和散热性能差，瞬时大电流导致的内部高温可能引起隔膜变形并最终导致局部短路，从而引发热失控。且超级电容器液体电解质同样具有易泄露、易腐蚀和易燃易爆的缺点。

温敏聚合物是一种能够受热响应、随温度改变而发生溶胶-凝胶可逆相转变的材料。近来有报道提出将高温下具有溶胶-凝胶可逆转变或相分离性能的响应性聚合物用于电解液中，以解决包括超级电容器和锂离子电池等电化学储能装置的热失控问题。温敏性聚合物在低温下为可以流动的液体，导电离子可以在其中自由移动，待升温后，聚合物发生相转变变成凝胶，且由于构象的转变，温敏聚合物束缚了导电离子的自由移动，从而达到切断电流的效果，从而可以阻止温度的进一步的升高，对电池起到过热自保护的效果。在此体系中，电化学电池充放电速率的大小根据低温-高温的变化发生相应改变，且由于温敏凝胶的热可逆性，一旦储能电池温度降到室温，其电化学性能将得到回复，因而研究新型温敏聚合物的引入对超级电容器、锂离子电池电化学性能的影响，并据此发展具有良好循环稳定性和有效热保护的安全电化学储能电池对解决电化学储能期间的安全问题具有深远意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术对电化学储能器件的热失控问题不能及时智能可逆响应的现状，而提供一种基于甲基纤维接枝异丙基丙烯酰胺(MC-g-NIPAM)的可逆过热保护水系电解液及其制备方法和应用，所述温敏共聚物作为添加剂加入水系电解液中，可形成常温工作-升温关闭的理想可逆过热保护，在最低相转变温度以下，温敏共聚物中的亲水基团与水分子间的作用力占据主导作用，与水分子形成氢键，宏观上变现为溶液状态，对电化学性能基本无影响；高温(LCST)时去水化形成凝胶网络结构，抑制电解液中离子的传输关闭导电通路，从而实现水系电解液对于温度改变的快速智能响应，达到常温工作-升温关闭的理想可逆过热保护。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种基于甲基纤维接枝异丙基丙烯酰胺(MC-g-NIPAM)的可逆过热保护水系电解液，所述可逆过热保护水系电解液在高于95℃条件下，完全转变成凝胶状态，在低于93℃时，恢复成溶胶状态，通过以下方法制备：

步骤1，取甲基纤维素溶于去离子水中，在0-4℃冰水浴条件下搅拌20-24h配制成2-3wt％质量比的甲基纤维素水溶液；

步骤2，按照质量比(0.8-1)：(0.2-0.5)：(250-300)称取异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、过硫酸钾(APS)和去离子水，加入步骤1得到的甲基纤维素水溶液中，其中所述异丙基丙烯酰胺的质量与所述步骤1中甲基纤维素的质量比为1:10，在保护气体保护下搅拌30-60分钟后，加入25-30uL四甲基乙二胺(TEMED)后在室温下反应8h。

步骤3，将步骤2得到的反应产物透析5-7天后冷冻干燥24-48h即得甲基纤维素接枝异丙基丙烯酰胺(MC-g-NIPAM)。