[发明专利]聚（乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸）/聚乙二醇准固态电解质及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于化学及其能源电池技术领域，具体地涉及一种聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇准固态电解质及其制备方法和应用。 

背景技术

染料敏化太阳能电池(DSSC)因其易组装、成本低、效率高(12.3％)的优点而受到广泛的关注。美国专利US 6 479 745中液体电解质组分为0.5mol/L KI、0.05mol/L I₂，溶剂为碳酸丙烯酯，测得室温的电导率为7.2mS.cm^-1。但是，基于液体电解质和DSSC存在电池封装困难、溶剂挥发、染料解吸附、腐蚀反电极及寿命短等缺点，而聚合物电解质具有封装简单、廉价、性能稳定等优点，引起了研究者浓厚的兴趣。 

DSSC聚合物准固态电解质作为具有实用性价值的电解质应满足以下条件：(1)室温离子电导率达10^-3S.cm^-1数量级；(2)与电极界面接触性能良好，界面电阻小，界面电荷传输速度快；(3)良好的电化学稳定性；(4)良好的加工性能。 

现有技术的液体电解质存在溶剂易泄漏、易挥发、电池性能不稳定和使用寿命短等缺点。因此，无渗漏、使用时间长的聚合物准固体与固体电解质成为最有前途的材料。 

发明内容

本发明克服了现有技术中液体电解质造成的DSSC电池封装困难、溶剂挥发、染料解吸附、腐蚀反电极及寿命短等缺陷，提出了一种聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇准固态电解质及其制备方法和应用。本发明提制备方法具有路线简单，操作条件温和，产物提纯步骤简单而产率高、热稳定性好、易于封装、电化学稳定性良好等有益效果。 

本发明聚合物结构新颖，选择具有咪唑链段的单体，咪唑基团具有与离子液体相似的结构，所以可以与离子液体互溶，提高电导率σ，有利于I^-离子的迁移；引入丙烯酸酯链段，提高与不同种类溶剂的互溶性能。由于烷基不同，可用不同丙烯酸酯类单体制备玻璃化温度不同的共聚物；引入COOH增强电解质的氢键作用；PEG链段的O与Li⁺络合，利于I^-扩散，从而提高电导率，抑制暗电流；同时PEG分子可与P(VIM-A-AA)形成氢键，从而降低凝胶电解质的固含量，提高电导率。用本发明聚合物电解质组装的电池，稳定性好，性价比高，寿命长，无渗漏。 

聚乙二醇(PEG)和聚丙烯酸酯是固体电解质的材料，本发明创新地把两者结合起来，制备聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇P(VIM-A-AA)/PEG共混物/碘化物/I₂凝胶电解 质，从而使该准固态电解质不仅具有两种聚合物的优点，还实现更多的新的有益效果，例如，降低了固含量、提高了电导率、抑制暗电流。 

本发明提出了一种聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇准固态电解质，其具有如下化学式(I)的结构： 

其中，M⁺代表Na⁺、K⁺或Li⁺；R₁代表H或CH₃；R₂代表H或CH₃；R₃代表CH₃、C₄H₉、CH₂CH₂OH或CH₂CH₂CH₂OH或C₇F₁₅。 

本发明还提出了所述聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇准固态电解质的制备方法，通过聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇P(VIM-A-AA)/PEG共混物与氧化还原对碘化物/I₂混合，反应得到所述聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇准固态电解质。 

聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇可溶于γ-丁内酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈、甲氧基丙腈等多种在液体电解质领域的溶剂中。不溶于乙醚、石油醚。 

本发明聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇准固态电解质的制备方法依次包括以下步骤： 

步骤(1)，聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇共混物的制备：