本發明專利技術公開了一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物電解質及其制備方法。由一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物和鋰鹽組成，是一種固態聚合物電解質，其中二嵌段胍鹽類離子液體聚合物的化學結構如下式所示。該電解質需要先制備胍鹽類離子液體，然后制備二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物，最后得到二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物電解質。由于在結構中引入了一種胍鹽類離子液體，使其兼具離子液體和聚合物作為電解質應用的優勢：該電解質為固態聚合物電解質，不會產生漏液等安全隱患、熱分解溫度超過２００℃、易加工、離子電導率較高，室溫下可達到１０－４Ｓ／ｃｍ。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種聚合物電解質及其制備方法，特別是一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物電解質及其制備方法，應用于鋰二次電池中。
技術介紹
電解質是電化學器件中的重要組成部分。電化學器件的性能在很大程度上取決于 電解質的物理化學性能。目前，傳統商用鋰二次電池采用有機溶劑作為電解質的主要成分。 雖然其由于性能較好得到了廣泛應用，然而有機溶劑在常溫下為液體，具有易燃、易揮發的 缺點，還經常出現漏液等問題。這既增加了電池設計的復雜程度，又難以保證電池的安全 性。近年來隨著筆記本電腦爆炸事故的不斷發生，不斷有公司由于電池質量問題而進行大 規模召回，電池的安全問題正不斷受到關注。 離子液體，具有蒸氣壓低、不易燃、液態溫度范圍寬、熱穩定和電化學穩定性好等 優點，將其作為電解質應用，可以提高電池的安全性，因此已成為研究的熱點。例如專利 W02007/093961，公開了一類由四氰基硼酸鹽與有機陽離子為成分的離子液體型電解質。然 而，此類電解質在室溫下為液態，可能產生電池漏液等問題，難以確保電池的穩定性。 把離子液體引入聚合物中制成的離子液體型聚合物，不僅有較好的熱穩定性和電 化學性能，而且其機械性能良好。將其作為電解質應用，可以兼具離子液體電解質和聚合物 電解質的優點。用該電解質制成的電池可以被加工成各種形狀或尺寸，應用范圍更廣。 專利JP-A 2002-3478通過將聚合物溶解在一種咪唑鹽的離子液體中制備出一種 離子凝膠。這種凝膠雖然有較好的離子導電率，然而其物理強度較差，增加了電池設計的難 度。 同時，絕大部分關于離子液體的研究和應用都集中在咪唑和季銨類離子液體方 面，而其他類型離子液體的研究和應用則鮮有報道。例如，專利JP-A 7-118480通過將一種 烷基季銨鹽結構的聚合物溶解在含氮雜環的季銨鹽離子液體中制備出的一種固體聚合物 電解質。專利JP-A 10-83821使一種咪唑類衍生物與聚合物單體反應制備出熔融鹽單體， 然后進行聚合，加入鋰鹽溶解，得到固態聚合物電解質。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供。 由于在結構中引入了一種胍鹽類離子液體，使其同時兼具離子液體和聚合物兩者作為電解 質應用的優勢。該電解質屬于固態聚合物電解質，不會產生漏液等安全隱患、熱分解溫度 高、易加工、離子導電率較高。 本專利技術一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物電解質的組成如下 由一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物和鋰鹽組成，是一種固態聚合物電解質， 二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物重量和鋰鹽摩爾量的比為0. lmol/kg-O. 6mol/kg，其中二 嵌段胍鹽類離子液體聚合物的化學結構如下<formula>formula see original document page 5</formula> 式中Y—為Br—、 C104—、 BF4—， PF6—或(CF3S02)2N—; &為直鏈烷基CH3， C2H5， C3H7或C4H9 ; R2為直鏈烷基CH3或C2H5 ; R3為H或CH3;其數均分子量Mn為20000-30000， n/m為15-35 ; 鋰鹽的化學結構式為LiY ; 式中Y為Br、 C104、BF4， PF6或(CF3S02)2N。 本專利技術一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物電解質的制備方法如下 (1)胍鹽類離子液體的制備 在反應容器中加入等摩爾量的四甲基脲和草酰氯作為原料，加入與原料摩爾比 2 : 1的1，2-二氯乙烷或甲苯，在60-10(TC及氮氣保護條件下攪拌反應4-12小時，反應完 后用乙醚洗滌l-4次后濾去液體；然后加入與原料摩爾比2 : l的乙腈、與原料等摩爾量的 脂肪胺和三乙胺在冰浴條件下進行反應，反應1-4小時后，加溫至40-6(TC繼續反應6-12小 時，反應結束后冷卻，在冰浴條件下加入與原料摩爾比2 : 1的氫氧化鈉配成的水溶液，再 用乙醚萃取，將萃取液用無水硫酸鎂干燥，旋轉蒸發除去低沸點溶劑，精餾；然后加入與原 料等摩爾量的甲苯和溴代烯烴，反應48-72小時，用乙醚洗滌2-3次后，在40-8(TC下真空干 燥6-24小時，得到含溴陰離子的胍鹽類離子液體；或者將含溴陰離子的胍鹽類離子液體與 鋰鹽以等摩爾比混合于去離子水中，離子交換2-4小時，用二氯甲烷萃取3-4次，分液后，用 去離子水洗滌，直到洗出物用硝酸銀檢驗不含鹵素離子，然后旋轉蒸發，最后在40-8(TC下 真空干燥6-24小時，得到含其他陰離子的胍鹽類離子液體； (2) 二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物的制備 在反應容器中加入1重量份的含溴陰離子或其他陰離子的胍鹽類離子液體、 1. 5-2. 5重量份的丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯，5-20重量份的乙腈和0. 01-0. 05重量 份的偶氮二異丁腈，攪拌反應1-5小時后，在50-7(TC下真空干燥除去氣體，然后繼續放置 20-48小時，升至8(TC干燥4-8小時，用去離子水浸泡，洗滌；最后置于8(TC下干燥6_12小時，得到二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物，其結構如下 5<formula>formula see original document page 6</formula> 式中Y—為Br—、 C104—、 BF4—， PF6—或(CF3S02) 2N—; &為直鏈烷基CH3， C2H5， C3H7或C4H9 ; R2為直鏈烷基CH3或C2H5 ; R3為H或CH3 ;其數均分子量Mn為20000-30000， n/m為15-35 ; (3) 二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物電解質的制備 取1-2重量份的二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物，加入5-15重量份的丙酮，攪拌溶解，然后根據二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物的重量，加入9. 87X 10—4-6. 05X 10—3mol/g的鋰鹽，攪拌1-5小時后，在聚四氟乙烯的模板上涂膜，然后在50-8(TC的條件下干燥5-10小時，得到一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物電解質。本專利技術使用的脂肪胺為CH3NH2， C2H5NH2， C3H7NH2或C4H9 NH2。 本專利技術使用的溴代烯烴為烯丙基溴或4-溴-1- 丁烯。 本專利技術使用的鋰鹽為溴化鋰、高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰或二 (三氟甲基 磺酰)亞胺鋰。 本專利技術一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物的化學反應式如下 本專利技術一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物電解質的特點如下在二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物電解質分子結構中引入了一種胍鹽類離子液體，使其同時兼具離子液體和聚合物兩者作為電解質應用的優勢。這種胍鹽類離子液體具有不易燃燒、熱穩定性較好、電導率較高的特點，可以提高材料的熱穩定性、物理強度和離子電導率。經熱重分析，根據陰離子的不同，其熱分解溫度在200-35(TC之間；該材料為固態聚合物電解質，在常溫下呈塑性高彈態，玻璃化轉變溫度根據陰離子的不同，從1(TC到小于-6(TC不等；其離子電導率在室溫下可達到10—S/cm，在鋰二次電池、染料敏化太陽能電池、燃料電池等電化學器件中的應用有巨大的潛力。附圖說明 圖1為實施例1中得到的二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物的熱重分析圖。 圖2為實施例2中得到的二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物的熱重分析圖。本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物電解質，其特征在于組成如下： 由一種二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物和鋰鹽組成，是一種固態聚合物電解質，二嵌段胍鹽類離子液體型聚合物重量和鋰鹽摩爾量的比為０．１ｍｏｌ／ｋｇ－０．６ｍｏｌ／ｋｇ，其中二嵌段胍鹽類離子液體聚合物的化學結構如下： ?。 ∈街校佟郏轂椋拢颉郏?、ＣｌＯ↓［４］↑［－］、ＢＦ↓［４］↑［－］，ＰＦ↓［６］↑［－］或（ＣＦ↓［３］ＳＯ↓［２］）↓［２］Ｎ↑［－］； ?。摇郏保轂橹辨溚榛茫取郏常荩谩郏玻荩取郏担?，Ｃ↓［３］Ｈ↓［７］或Ｃ↓［４］Ｈ↓［９］； Ｒ↓［２］為直鏈烷基ＣＨ↓［３］或Ｃ↓［２］Ｈ↓［５］； ?。摇郏常轂椋然颍茫取郏常荩弧 ∑鋽稻肿恿浚汀郏睿轂椋玻埃埃埃埃常埃埃埃埃睿頌椋保担常?； 鋰鹽的化學結構式為：ＬｉＹ； 式中Ｙ為Ｂｒ、ＣｌＯ↓［４］、ＢＦ↓［４］，ＰＦ↓［６］或（ＣＦ↓［３］ＳＯ↓［２］）↓［２］Ｎ。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊立，李明濤，董思明，房少華，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：31[中國|上海]
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