一种复合凝胶聚合物电解质的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合凝胶聚合物电解质的制备方法，将环氧树脂基电解质与介孔TiO2进行复合而制得。本发明专利技术制备的复合凝胶聚合物电解质具有较高的室温离子电导率，电化学稳定性好，其电化学窗口大于5V，同时具有良好的力学机械强度，且合成工艺简单、易行。本发明专利技术可适用于超级电容器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子材料
，具体涉及一种用于超级电容器的复合凝胶聚合物电解质的制备方法。
技术介绍
凝胶聚合物电解质是一种新型功能高分子材料，既具有固态聚合物电解质良好的加工性能和安全性能，又具有传统液态电解质较高的室温离子电导率，主要应用于超级电容器、锂离子二次电池及太阳能电池等储能器件。目前的研究集中在聚氧化乙烯(PEO)系、聚丙烯腈(PAN)系、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)系和聚偏氟乙烯(PVDF)系等。随着储能器件应用的日益深入，凝胶聚合物电解质的性能面临新的挑战，不仅要具备较高的室温离子电导率及较宽的电化学稳定窗口，还要具备良好的力学机械强度和耐热稳定性。开发具有高强度、高离子电导率等综合性能优良的新型凝胶聚合物电解质对于该领域的发展具有重要意义。聚合物具有较宽泛的、易调控的性能以及聚合反应较强的可设计性，功能聚合物、导电聚合物、嵌段共聚物等成为高强度凝胶电解质的理想选择，共聚、共混、复合等成为调控凝胶聚合物电解质电化学与力学性能的重要手段，如通过将线型结构聚合物与交联结构聚合物采用共聚或共混的方法调控性能(J.Compos.Mater.,2013,47(22):1-8)，线型分子链结构的聚合物利于离子传输、提高离子电导率，而交联结构聚合物利于提高机械强度。研究证明，通过共聚、共混、复合等改性方式可以对凝胶聚合物电解质的力学性能和电化学性能进行调控，然而，电化学性能和机械强度往往相互制约，如何在不降低电解质电化学性能的基础上提高其机械强度成为研究难点，电化学和力学性能同时优化成为重要研究课题。聚乙二醇二缩水甘油醚属于脂肪族缩水甘油醚环氧树脂，分子链为线型结构，富有良好的柔韧性，利于提高离子电导率，而且带有环氧基团可进行交联反应，形成三维网状结构，利于提高电解质的机械强度，属于一种新型多功能结构电解质。采用介孔TiO2对其复合改性，可显著提高电解质的综合性能(李素敏.结构-储能型碳纤维/环氧树脂基复合材料的制备及性能研究[D].江苏：江苏大学,2014),然而，电解质的离子电导率有待进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合凝胶聚合物电解质的制备方法，使得制备的复合凝胶聚合物电解质具有更高的室温离子电导率及更宽的电化学稳定窗口，并使其电化学稳定性、机械性能得到提高。为解决上述技术问题，本专利技术采用的具体技术方案如下：一种复合凝胶聚合物电解质，由聚合物基体、电解质盐、增塑剂和介孔TiO2组成，其特征在于介孔TiO2添加后，放置一定时间使其纳米孔道吸附电解质盐溶液，然后再经聚合物基体与固化剂交联固化制得，具体包括以下步骤：步骤一，将电解质盐溶解在增塑剂中，配制电解质盐溶液；步骤二，将介孔TiO2加入上述电解质盐溶液中，超声20min后，搅拌2～3h，放置1～3d，使介孔TiO2纳米孔道吸附电解质盐溶液，得到混合物；步骤三，搅拌条件下，将聚合物基体加入上述混合物中，然后加入固化剂，60～90℃加热20～30min，得到均一粘稠溶液；步骤四，将粘稠溶液移入模具，80℃条件下加热固化8～12h，即得到复合凝胶聚合物电解质；所述的介孔TiO2的BET比表面积为264m2/g，平均孔径为4.3nm，介孔TiO2的加入量为电解质盐、增塑剂、聚合物基体及固化剂总质量的6～8wt.％。所述的聚合物基体为聚乙二醇二缩水甘油醚环氧树脂(PEGDGE)，PEGDGE的加入量为电解质盐、增塑剂、聚合物基体及固化剂总质量的40～50％。所述的电解质盐为四乙基四氟硼酸铵(C2H5)4NBF4或四丁基六氟磷酸胺(TBAPF6)，其中所述的电解质盐的浓度为0.8～1.0mol/l。所述的增塑剂为碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯的一种或其混合物，增塑剂的加入量为电解质盐、增塑剂、聚合物基体及固化剂总质量的30～40％。所述固化剂为三乙烯四胺(TEtA)，其中TEtA：PEGDGET质量比为1:5。本专利技术具有有益效果。本专利技术以环氧树脂为基体，采用介孔TiO2改性制备复合凝胶聚合物电解质，环氧树脂交联固化前，使介孔TiO2纳米孔道中填充一定量电解质盐溶液，吸附有电解质盐溶液的纳米孔道更有利于离子在孔道内进行快速迁移，从而成为离子传输的重要通道，更有效的提高了离子电导率。所得复合凝胶聚合物电解质具有优良的综合性能，因此具有更广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术中所用介孔TiO2的TEM图；图2为本专利技术中复合凝胶聚合物电解质的SEM图。具体实施方式下面将结合具体实施例进一步阐明本专利技术的内容，但这些实施例并不限制本专利技术的保护范围。实施例1将1.0g四丁基六氟磷酸胺溶解在3.87g碳酸丙烯酯中，配制电解质盐溶液，将0.58g介孔TiO2加入上述盐溶液中，超声20min，搅拌2h，放置1d，得到混合物；搅拌条件下，将4g聚乙二醇二缩水甘油醚加入混合液中，然后加入0.8g三乙烯四胺，90℃加热30min，得到均一粘稠溶液；将粘稠溶液移入模具，80℃条件下加热固化8h，即得到复合凝胶聚合物电解质。所用介孔TiO2的TEM图如图1所示。复合凝胶聚合物电解质的SEM图如图2所示。实施例2将1.0g四丁基六氟磷酸胺溶解在3.87g碳酸丙烯酯中，配制电解质盐溶液，将0.68g介孔TiO2加入上述盐溶液中，超声20min，搅拌3h，放置2d，得到混合物；搅拌条件下，将4g聚乙二醇二缩水甘油醚加入混合物中，然后加入0.8g三乙烯四胺，90℃加热20min，得到均一粘稠溶液；将粘稠溶液移入模具，80℃条件下加热固化8h，即得到复合凝胶聚合物电解质。实施例3将1.25g四丁基六氟磷酸胺溶解在3.87g碳酸丙烯酯中，配制电解质盐溶液，将0.77g介孔TiO2加入上述盐溶液中，超声20min，搅拌2h，放置2d，得到混合物；搅拌条件下，将6.4g聚乙二醇二缩水甘油醚加入混合物中，然后加入1.28g三乙烯四胺，60℃加热30min，得到均一粘稠溶液；将粘稠溶液移入模具，80℃条件下加热固化10h，即得到复合凝胶聚合物电解质。实施例4将1.25g四丁基六氟磷酸胺溶解在3.87g碳酸丙烯酯中，配制电解质盐溶液，将0.89g介孔TiO2加入上述盐溶液中，超声20min，搅拌2h，放置3d，得到混合物；搅拌条件下，将5g聚乙二醇二缩水甘油醚加入混合液中，然后加入1g三乙烯四胺，75℃加热30min，得到均一粘稠溶液；将粘稠溶液移入模具，80℃条件下加热固化10h，即得到复合凝胶聚合物电解质。实施例5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：介孔TiO2添加后，放置一定时间使其纳米孔道吸附电解质盐溶液，然后再经聚合物基体与固化剂交联固化制得，具体包括以下步骤：步骤一，将电解质盐溶解在增塑剂中，配制得电解质盐溶液；步骤二，将介孔TiO2加入所述电解质盐溶液中，超声处理20min后，搅拌2～3h，放置1～3d，使介孔TiO2纳米孔道吸附电解质盐溶液，得到混合物；步骤三，搅拌条件下，将聚合物基体加入所述混合物中，然后加入固化剂，在60～90℃条件下加热20～30min，得到均一的粘稠溶液；步骤四，将所述粘稠溶液移入模具，在80℃条件下加热固化8～12h，即得到复合凝胶聚合物电解质。

【技术特征摘要】
1.一种复合凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：介孔TiO2添加后，放置一定时
间使其纳米孔道吸附电解质盐溶液，然后再经聚合物基体与固化剂交联固化制得，具体包
括以下步骤：
步骤一，将电解质盐溶解在增塑剂中，配制得电解质盐溶液；
步骤二，将介孔TiO2加入所述电解质盐溶液中，超声处理20min后，搅拌2～3h，放置1～
3d，使介孔TiO2纳米孔道吸附电解质盐溶液，得到混合物；
步骤三，搅拌条件下，将聚合物基体加入所述混合物中，然后加入固化剂，在60～90℃
条件下加热20～30min，得到均一的粘稠溶液；
步骤四，将所述粘稠溶液移入模具，在80℃条件下加热固化8～12h，即得到复合凝胶聚
合物电解质。
2.根据权利要求1所述的一种复合凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述介
孔TiO2的BET比表面积为264m2/g，平均孔径为4.3nm，介孔TiO2的加入量为所述电解质盐、所
述增塑剂、所述聚合物基体及所述固...

【专利技术属性】
技术研发人员：李素敏，张旭东，江徽，张钊，孙林，冷京航，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32