一种可自组装且含有2D通道的聚咪唑型全固态聚合物电解质的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种含有2D通道的聚咪唑型全固态聚合物电解质制备方法，包括以下步骤：A)制备咪唑类离子液体的前驱体1‑甲基丙烯酸正己脂‑3‑丁基咪唑溴盐。B)用四氟硼酸锂将MOBIm‑Br中的Br置换成BF4制备出MOBIm‑BF4；C)将与聚乙二醇二丙烯酸酯、1‑十六烷基‑3‑甲基咪唑、四氟硼酸盐在乙腈溶液中进行共混，得到复合电解质溶液，将复合物电解质在紫外灯照射下进行光引发聚合得到全固态复合物电解质。本发明专利技术产品室温下电导率值为3.18×10

【技术实现步骤摘要】
一种可自组装且含有2D通道的聚咪唑型全固态聚合物电解质的制备方法
本专利技术属于锂离子电池中电解质材料
，特别涉及一种可自组装且含有2D通道的聚咪唑型全固态聚合物电解质的制备方法。
技术介绍
21世纪里化学电源与能源的关系越来越密切，能源与人类社会生存发展更密切相关，而持续发展是全人类的共同奋斗目标和愿望。我国是能源短缺的国家，能源安全也面临严重挑战。矿物燃料燃烧时会放出SO2、CO、CO2、NOx等对环境有害的物质，随着能源消耗的增长，产生的有害物质对生态环境造成严重的破坏，并危及人类的生存。因此21世纪解决日益短缺的能源问题及日益严重的环境污染，不仅是对科学技术的挑战，更是对电化学的挑战，各种高能源电池和燃料电池将会在未来对人类社会发挥它应有的作用。为了以电代替石油降低城市污染，专利技术并发展电动车是当务之急，而电池是电动车的关键。铅酸电池、镉镍电池(Cd/Ni)、金属氢化物镍电池(MH/Ni)及锂离子电池是现在已有的四种可充电池。储能电池的意义有两个，一是更有效的充分利用现有能源，二是开发利用新能源。电网的负载有高峰和低谷之分，因此有效储存和利用低谷电源对于能源短缺的中国而言非常重要，而用电池储能是最可取的。目前为止正大力发展太阳能和风能等新能源，但是太阳能跟风能都是间隙能即有太阳或有风时才有电，因此对于广大农村和社区，用电池来储能，构建分散能源是最好的解决方案。化学电源在国民经济中起着越来越重要的作用，我国化学电源工业发展十分迅速，并且已经成为世界上电池的主要出口国，锌锰电池绝大部分出口；镍氢电池一半以上出口；铅酸电池特别是小型铅酸电池出口量增长很大，锂离子电池的世界市场已呈中、韩、日三足鼎立之势。我国虽是电池生产大国，但不是电池研究开发强国。化学电源面临着大的发展机遇和严峻挑战，因此走创新之路是唯一选择。锂离子电池是20世纪90年代出现的绿色高能电池，并且在能源化学与材料化学领域备受关注。电解质是锂离子电池的重要组成部分而且在很大程度上决定电池的工作机制，即在正负极传输电流、影响电池的比能量、安全性能、倍率充放电性能、循环寿命和生产成本等，在锂离子电池的发展中，电解质体系的革新为锂离子电池多样化做出了实质性的贡献，人们根据电解质的类型把锂离子电解池分为液体锂离子电池，聚合物锂离子电池和全固态锂离子电池以满足不同的生产和生活实践。而现在研究最多的聚合物解质是离子液体电解质及聚离子液体电解质，同时必须清楚，聚离子液体是由离子液体聚合而成的电解质。与离子液体相比较，聚离子液体不仅具有较低的蒸气压、阻燃及较高的电化学性能，同时还具有较好的机械性能及电化学性能。因此聚离子液体可以满足电气设备的高储能要求。为了制备出新颖的全固态聚合物电解质，首先要清楚当将全固态聚合物作为隔膜应用于锂离子电池时，作为锂离子电池的关键因素，其作用是在阴极跟阳极之间将两极分开确保电池内部不会短路同时充电的过程中形成锂离子通道。由此，可以通过向聚合物电介质中加入添加物通过降低聚合物的玻璃化转变温度及增加空隙，提高锂离子的导电率比如：液体电解质、锂盐、增塑剂跟有机填料。也可以通过添加液晶使聚合物内部结构有序、离子导电、添加纳米结构(液晶是分子有序的晶体但是又具有像流动的液体一样的流动性)。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种内部含有2D通道的复合聚合物电解质的制备方法，本专利技术提供的全固态复合物电解质的制备方法可提高复合聚合物电解质的性能，具体如可形成微弱地相分离产生离子通道，最终提高聚合物电解质电导率与电化学稳定性。一种内部含有2D通道的复合聚合物电解质的制备方法，包括以下步骤：1)制备咪唑类离子液体的前驱体1-甲基丙烯酸正己脂-3-丁基咪唑溴盐(MOBIm-Br)将6-溴正己醇、三乙胺、甲基丙烯酰氯及二氯甲烷混合，反应一段时间，得到混合溶液；抽滤后，用去离子水对有机液洗涤，洗涤后除用无水硫酸镁除净有机相的水后，再对有机溶剂进行旋转真空蒸发，待有机相中的二氯甲烷旋干得到1-甲基丙烯酸正己酯溴盐后，加入N-丁基咪唑及阻聚剂，反应后，将有机物加入到冷的乙醚溶液中进行沉析得到产物为咪唑类离子液体(MOBIm-BF4)的前驱体1-甲基丙烯酸正己脂-3-丁基咪唑溴盐(MOBIm-Br)。2)制备咪唑类离子液体(MOBIm-BF4)在圆底烧瓶中加入1-甲基丙烯酸正己脂-3-丁基咪唑溴盐、LiBF4及离子水进行搅拌，反应一段时间后，得到下层液，加入二氯甲烷对有机液进行萃取，采用去离子水对有机液进行洗涤，用0.1g/mol硝酸银溶液对洗涤后的去离子水溶液进行检测(检测是否将有机液中的Br-去除干净)，确认当加入检测剂到洗涤后的去离子水的洗涤液中，没有沉淀产生时，再用去离子水洗涤一次，然后向有机液中加入无水硫酸镁对有机液进行除水，抽滤去除硫酸镁沉淀，将有机液中的二氯甲烷真空旋干。得到棕黄色粘稠液体即为产物MOBIm-BF4。3)制备聚合物电解质MOBIm-BF4、PEGDA、[Cmim]BF4、LiBF4及2-羟基-2-甲基苯丙酮(1-2滴，作为引发剂)加入到乙腈中进行共混，并将所述复合电解质溶液放在紫外灯下，经过紫外灯照射固化成膜后得到复合电解质膜步骤1)中的6-溴正己醇、三乙胺与甲基丙烯酰氯及制备好的1-甲基丙烯酸正己脂-3-丁基咪唑溴盐与N-丁基咪唑的摩尔比为1～1.05∶1～1.05∶1～1.05及1～1.05∶1。步骤1)所有加料过程是在放有搅拌子的250mL的三口烧瓶及N2氛围中进行的，而且先加入的是6-溴正己醇及30～45mL二氯甲烷，搅拌20～40min，而后在冰浴条件下，缓慢加入溶有三乙胺的30～50mL二氯甲烷、(以约1滴/S的速度进行滴加)，搅拌20～40min，再缓慢加入溶有甲基丙烯酰氯的30～45mL二氯甲烷(以约1滴/S的速度进行滴加)，搅拌20～40min，然后撤掉冰浴。室温下搅拌13～20h。步骤1)中用去离子水对抽滤后的滤液进行洗涤，洗涤4～5次，每次倒入30～45mL去离子水，每次洗涤是对溶液的下层进行洗涤。步骤1)中洗涤完后向得到的有机层中加入3～5g无水硫酸镁进行干燥，静置30～60min。步骤1)中静置后的有机液进行抽滤，去除固体硫酸镁，将液体倒入250mL单口圆底烧瓶中真空旋干，待溶剂旋干(旋干后产物为1-甲基丙烯酸正己脂溴化物)。步骤1)中加入的阻聚剂为2,6-二叔丁基对甲酚(阻聚剂2,6-二叔丁基对甲酚占1-甲基丙烯酸正己酯溴盐的质量百分比为0.5～0.9％)。并且混合液在40～45℃的油浴中反应18～24h。步骤1)中将得到的粘稠液体倒入到45～55mL的二氯甲烷中，然后将其加入到200mL的乙醚中，冰浴条件下沉析，得到产物咪唑型离子液体的前驱体1-甲基丙烯酸正己脂-3-丁基咪唑溴盐(MOBIm-Br)。步骤2)中1-甲基丙烯酸正己脂-3-丁基咪唑溴盐MOBIm-Br与LiBF4的投入量按n(MOBIm-Br)∶n(LiBF4)＝1～1.05:1.05～1.1计算(因为LiBF4及易水解，过量一点点有助于将Br－全部置换成BF4－)。步骤2)中先加入MOBIm-Br及55～65mL去离子水搅拌0.5～1h。然后再加入溶有LiBF4的去离子水(去离子水含量为20～40mL)，缓慢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内部含有2D通道的复合聚合物电解质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)制备咪唑类离子液体的前驱体1‑甲基丙烯酸正己脂‑3‑丁基咪唑溴盐(MOBIm‑Br)将6‑溴正己醇、三乙胺、甲基丙烯酰氯及二氯甲烷混合，反应一段时间，得到混合溶液；抽滤后，用去离子水对有机液洗涤，洗涤后除用无水硫酸镁除净有机相的水后，再对有机溶剂进行旋转真空蒸发，待有机相中的二氯甲烷旋干得到1‑甲基丙烯酸正己酯溴盐后，加入N‑丁基咪唑及阻聚剂，反应后，将有机物加入到冷的乙醚溶液中进行沉析得到产物为咪唑类离子液体(MOBIm‑BF4)的前驱体1‑甲基丙烯酸正己脂‑3‑丁基咪唑溴盐(MOBIm‑Br)；2)制备咪唑类离子液体(MOBIm‑BF4)在圆底烧瓶中加入1‑甲基丙烯酸正己脂‑3‑丁基咪唑溴盐、LiBF4及离子水进行搅拌，反应一段时间后，得到下层液，加入二氯甲烷对有机液进行萃取，采用去离子水对有机液进行洗涤，用0.1g/mol硝酸银溶液对洗涤后的去离子水溶液进行检测(检测是否将有机液中的Br‑去除干净)，确认当加入检测剂到洗涤后的去离子水的洗涤液中，没有沉淀产生时，再用去离子水洗涤一次，然后向有机液中加入无水硫酸镁对有机液进行除水，抽滤去除硫酸镁沉淀，将有机液中的二氯甲烷真空旋干，得到棕黄色粘稠液体即为产物MOBIm‑BF4；3)制备聚合物电解质MOBIm‑BF4、PEGDA、[Cmim]BF4、LiBF4及2‑羟基‑2‑甲基苯丙酮(1‑2滴，作为引发剂)加入到乙腈中进行共混，并将所述复合电解质溶液放在紫外灯下，经过紫外灯照射固化成膜后得到复合电解质膜。...

【技术特征摘要】
1.一种内部含有2D通道的复合聚合物电解质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)制备咪唑类离子液体的前驱体1-甲基丙烯酸正己脂-3-丁基咪唑溴盐(MOBIm-Br)将6-溴正己醇、三乙胺、甲基丙烯酰氯及二氯甲烷混合，反应一段时间，得到混合溶液；抽滤后，用去离子水对有机液洗涤，洗涤后除用无水硫酸镁除净有机相的水后，再对有机溶剂进行旋转真空蒸发，待有机相中的二氯甲烷旋干得到1-甲基丙烯酸正己酯溴盐后，加入N-丁基咪唑及阻聚剂，反应后，将有机物加入到冷的乙醚溶液中进行沉析得到产物为咪唑类离子液体(MOBIm-BF4)的前驱体1-甲基丙烯酸正己脂-3-丁基咪唑溴盐(MOBIm-Br)；2)制备咪唑类离子液体(MOBIm-BF4)在圆底烧瓶中加入1-甲基丙烯酸正己脂-3-丁基咪唑溴盐、LiBF4及离子水进行搅拌，反应一段时间后，得到下层液，加入二氯甲烷对有机液进行萃取，采用去离子水对有机液进行洗涤，用0.1g/mol硝酸银溶液对洗涤后的去离子水溶液进行检测(检测是否将有机液中的Br-去除干净)，确认当加入检测剂到洗涤后的去离子水的洗涤液中，没有沉淀产生时，再用去离子水洗涤一次，然后向有机液中加入无水硫酸镁对有机液进行除水，抽滤去除硫酸镁沉淀，将有机液中的二氯甲烷真空旋干，得到棕黄色粘稠液体即为产物MOBIm-BF4；3)制备聚合物电解质MOBIm-BF4、PEGDA、[Cmim]BF4、LiBF4及2-羟基-2-甲基苯丙酮(1-2滴，作为引发剂)加入到乙腈中进行共混，并将所述复合电解质溶液放在紫外灯下，经过紫外灯照射固化成膜后得到复合电解质膜。2.如权利要求1所述的一种内部含有2D通道的复合聚合物电解质的制备方法，其特征在于：步骤1)中的6-溴正己醇、三乙胺与甲基丙烯酰氯及制备好的1-甲基丙烯酸正己脂-3-丁基咪唑溴盐与N-丁基咪唑的摩尔比为1～1.05∶1～1.05∶1～1.05及1～1.05∶1；步骤1)所有加料过程是在放有搅拌子的250mL的三口烧瓶及N2氛围中进行的，而且先加入的是6-溴正己醇及30～45mL二氯甲烷，搅拌20～40min，而后在冰浴条件下，缓慢加入溶有三乙胺的30～50mL二氯甲烷、(以约1滴/S的速度进行滴加)，搅拌20～40min，再缓慢加入溶有甲基丙烯酰氯的30～45mL二氯甲烷(以约1滴/S的速度进行滴加)，搅拌20～40min，然后撤掉冰浴，室温下搅拌13～20h；步骤1)中用去离子水对抽滤后的滤液进行洗涤，洗涤4～5次，每次倒入30～45mL去离子水...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢宇，陈玺茜，童永芬，凌云，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36