[发明专利]基于两性离子液体修饰聚乙烯醇的全固态聚合物电解质及其制备方法

说明书

本发明属于聚合物电解质领域，具体涉及一种基于两性离子液体修饰聚乙烯醇的全固态聚合物电解质及其制备方法。通过采用特定的结构设计并使得锂离子置换到基膜上，克服了传统基膜难成型的问题，具有良好的电导率，尤其是两性离子由阴阳离子通过共价键结合而成，整个分子呈电中性，在施加电场时，电子不会发生迁移。

技术领域

本发明属于聚合物电解质领域，涉及一种固态电解质，具体涉及一种基于两性离子液体修饰聚乙烯醇的全固态聚合物电解质及其制备方法。

背景技术

锂电池由于具有较高的能量密度、高功率密度、高工作电压、自放电效率低等优点，已被广泛应用于便携式设备走进千家万户，影响到人们日常生活的方方面面。电解质是锂电池的重要组成部分，起到传递锂离子的作用。商业化锂电池其电解质是含有有机溶剂的液体电解质，这些溶剂沸点低且容易燃烧和漏液，具有很大的安全隐患，严重影响了人们的生活和生产。

将固态电解质替代有机液体电解质能够有效解决电解液的泄漏问题，大大的提高了锂电池的安全性。近年来，聚合物固态电解质引起广泛关注，聚合物固态电解质包括凝胶型聚合物电解质和全固态聚合物电解质。凝胶型电解质已经商业化，但仍存在漏液的问题。全固态聚合物电解质从根本解决了电解液的泄漏问题，从而可以防止储能设备漏液，提高了设备的安全性。在室温下相对较低的离子电导率是聚合物电解质在锂离子电池中应用的障碍。

离子液体(ILs)又称低温或室温熔盐，通常是熔点低于100℃的离子(阳离子和阴离子)构成的盐。它一般由不对称的有机阳离子和一种无机或有机阴离子组成，而某些阳离子和阴离子的这种特殊组合导致熔点较低。由于其独特的结构和性能，比如较低的熔点，热稳定性和电化学稳定性好、可忽略的挥发性和不可燃性，ILs关于电解质的研究受到了极大的关注。此外，ILs具备可调控性。ILs的物理和化学性质可以根据离子的组合进行调配，从而可以无限的增大其性能特性。从这个意义上说，ILs被认为是“可设计溶剂”。ILs的这种特性决定了其作为电解质材料的优越性，因为电解质的组成可以被优化或定制，以满足某些性能要求，如工作电池电压、工作温度范围、离子电导率等。聚离子液体(PILs)兼具了离子液体和聚合物的优点，具有较高的固态离子电导率和较低的玻璃化转变温度，但由于离子液体是液体，仍然存在容易泄漏的缺点。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足而提供一种基于两性离子液体修饰聚乙烯醇的全固态聚合物电解质。通过优化结构设计制备了基于两性离子液体修饰聚乙烯醇的全固态聚合物电解质。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于两性离子液体修饰聚乙烯醇的全固态聚合物电解质，它的结构通式如下：

式中x，y仅表示两种结构单元数目，(x：y＝95：5～70：30)不表示其真实化学结构式，-R为氢、甲基、乙基、异丙基或苯基的一种。

本发明的又一目的在于提供一种基于两性离子液体修饰聚乙烯醇的全固态聚合物电解质的制备方法。包括以下步骤：

(1)取2-取代咪唑，磺酸内酯溶于适量的乙腈中，待溶解完全后加入适量NaH，氮气保护下，40℃加热反应24小时，将反应产物用乙酸乙酯清洗干燥，得到咪唑盐；

其中，2-取代咪唑，磺酸内酯的摩尔比为1：1，NaH与磺酸内酯的摩尔比为1.2：1。

磺酸内酯具体指1，3丙烷磺内酯或1，4丁烷磺内酯。

(2)将步骤(1)中所得到的咪唑盐和环氧氯丙烷溶于二甲基亚砜中，60℃反应48小时，所得溶液倒在有机溶剂中析出干燥，得到两性离子液体；

其中，咪唑盐和环氧氯丙烷的摩尔比为1：1。