[发明专利]一种具有高离子电导性的自愈离子凝胶及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种具有高离子电导性、热稳定性及机械强度优的自愈离子凝胶及其制备方法，属于凝胶聚合物电解质领域。本发明提供一种离子凝胶，所述离子凝胶由PLA‑b‑PMMA与离子液体通过溶液共混的方法制得；其中，与离子液体不相容的PLA段自组装形成晶体核，与离子液体相容的PMMA段在所述晶体核之间起桥接作用，形成了一种晶体核穿插的网络结构。本发明提供一种新型的离子凝胶，其综合性能如离子电导性、机械强度和热稳定性均得到提升且具有自修复功能。

技术领域

本发明涉及一种具有高离子电导性、热稳定性及机械强度优的自愈离子凝胶及其制备方法，属于凝胶聚合物电解质领域。

背景技术

凝胶聚合物电解质属于聚合物电解质第二范畴，可理解为聚合物包裹的离子凝胶电解质，相比传统的液态电解质，不存在内部短路、电解液泄露等缺陷。近年来，受到了研究者的广泛关注。然而，由于聚合物的低离子电导性及离子凝胶差的机械和热稳定性，在实际的应用中我们需要对凝胶聚合物电解质进行改性。此外，传统用于离子凝胶体系的电解质通常由极性有机溶剂和电解质盐组成，在全固态储能设备中溶剂会因温度升高发生挥发、易燃等问题，因此凝胶聚电解质的制备需要平衡性能与安全。

为了制备高性能凝胶聚电解质，一些电解液/聚合物基体体系(又称离子凝胶)已经被研究。常见的聚合物基体包括聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)及聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))等。其中，均聚物如PEO等掺杂电解质虽具有较高的离子电导性，但其机械性能及热稳定性较差；共聚物如P(VDF-HFP)等，结晶段PVDF保持材料的机械强度，无定形段PHFP则包裹液态电解质从而可获得较高性能的离子凝胶。然而，含氟类材料降解困难，对环境污染严重，并且存在有机电解液的危险性。

离子液体(IL)是一种室温熔融盐，由有机/无机阴阳离子构成，具有不易燃、低挥发性、高离子电导性和热稳定性及宽电化学窗口等特点，引入离子凝胶中可替代传统电解质中的有机溶剂，保证材料使用的安全性。申请号202110303625.5公开了一种可愈合的离子凝胶聚合物电解质的制备方法，其指出离子液体溶解锂盐掺杂在二氨基聚乙二醇/1,3,5-三甲酰苯交联的聚合物骨架中可得到能够在苛刻条件下自愈且室温离子电导率高、机械柔韧性好的离子凝胶聚合物电解质。

发明内容

本发明提供一种新型的离子凝胶，其综合性能如离子电导性、机械强度和热稳定性均得到提升且具有自修复功能。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种离子凝胶，所述离子凝胶由PLA-b-PMMA(PLA-b-PMMA嵌段共聚物)与离子液体通过溶液共混的方法制得；其中，与离子液体不相容的PLA段自组装形成晶体核，与离子液体相容的PMMA段在所述晶体核之间起桥接作用，形成了一种具有晶体核穿插的网络结构。

进一步，所述PLA-b-PMMA为PDLA-b-PMMA或PLLA-b-PMMA中的至少一种。

进一步，所述离子液体选自：咪唑类离子液体、吡咯类离子液体、季铵类离子液体或季鏻类离子液体中的至少一种。

进一步，所述离子凝胶中，离子液体的质量含量为50～99wt％(即离子液体占所得离子凝胶质量的占比)。

进一步，所述溶液共混的方法为：将PLA-b-PMMA与离子液体在溶剂中加热搅拌混匀形成均一的溶液，然后除去溶剂、干燥得所述离子凝胶。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种离子凝胶的制备方法，所述制备方法为：将PLA-b-PMMA(PLA-b-PMMA嵌段共聚物)与离子液体采用溶液共混的方法制得所述离子凝胶。

进一步，所述溶液共混的方法为：将PLA-b-PMMA与离子液体在溶剂中加热搅拌混匀形成均一的溶液，然后除去溶剂、干燥得所述离子凝胶。