一种可愈合的离子凝胶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可愈合的离子凝胶聚合物电解质的制备方法，将分子量为2000的二氨基聚乙二醇和1,3,5‑三甲酰苯在极性溶剂乙腈中进行缩聚形成具有动态亚胺交联的聚合物骨架。再将0.1mol/kg双三氟甲烷磺酰亚胺锂的1‑乙基‑3‑甲基咪唑双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺掺杂在上述聚合物骨架中，得到能够在苛刻条件下可自我愈合并且室温离子电导率高、机械柔韧性好的离子凝胶聚合物电解质，实现了电解质在苛刻条件下的自愈能力以及导电能力，提高了电池的安全性、循环寿命以及应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种可愈合的离子凝胶聚合物电解质的制备方法
本专利技术涉及一种可愈合的离子凝胶聚合物电解质的制备方法，具体属于锂金属电池材料

技术介绍
锂金属电池被认为是最有前途的储能技术，具有典型纽扣电池或软包装的锂金属电池由于其具有能量密度高、重量轻、工作电压高、记忆效应小等多重优点而受到广泛关注，并且对于实现便携式和可穿戴电子产品至关重要。但是，为了更多的满足社会需求，除了提升电池的能量密度和功率密度以外，电池安全性和稳定性的进一步提高还是目前所面临的关键挑战，尤其是在大规模的应用当中。近年来，凝胶电解质作为应对锂金属电池应用挑战的一种安全且有前途的替代方法进行了广泛的研究。但是，一般传统凝胶电解质除了高离子电导率外，大多数液体电解质不能完全固定在基体中，导致泄漏和腐蚀，在锂电池中的利用受到潜在的环境问题的阻碍。离子凝胶聚合物电解质是一种混合系统，是通过将大量离子液体（IL）或锂离子传导有机溶液渗透到聚合物基质（例如聚环氧乙烷（PEO），聚偏二乙烯）中而形成的。对比传统凝胶电解质，离子凝胶聚合物电解质可以避免由于电解质的液相性质而引起的腐蚀和泄漏问题。然而，大多数离子凝胶仍然非常脆弱，以至于在连续弯曲或拉伸下不能承受较大的变形，从而导致操作上的不稳定。受自然生物启发，自我愈合的概念为开发具有安全性和延长使用寿命的柔性电解质提供了新思路。尽管最近的进展已经成功地制备了需要长愈合时间和特定外部刺激的自愈合离子凝胶，但是仍然存在挑战，以制备在各种严苛条件下具有高修复效率的自支撑离子凝胶。为此，人们致力于通过动态非共价超分子组装的策略来实现人工治愈能力，以便它们在分子上恢复自愈水平。相比之下，通过亚胺动态共价键制备的自愈软材料是一种有前途且可靠的方法，亚胺键是具有很高的键解离能的强共价键，可以迅速发生键交换而没有任何其他的副反应。（Macromolecules2016,49,6277–6284）更重要的是，这些由自愈软聚合物网络掺杂离子液体形成的离子凝胶，具有出色的柔韧性和电化学性能。此外，与传统的聚合物材料相比，通过利用可逆键，离子凝胶聚合物可以具有自我修复性并保留机械弹性。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种可愈合的离子凝胶聚合物电解质的制备方法。本专利技术一种可愈合的离子凝胶聚合物电解质的制备方法包括以下步骤：步骤1：将0.125g的二氨基聚乙二醇（PEG-二胺）、0.0067g的1,3,5-三甲酰苯（TPB）加入到500μL的乙腈溶剂中混合均匀，得到聚合物混合溶液A；步骤2：将0.0718g的双三氟甲烷磺酰亚胺锂和2.5g的1-乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺（BMImTFSI）混合均匀，得到掺杂0.1mol/kg双三氟甲烷磺酰亚胺锂的离子液体溶液B（IL）；步骤3：离子液体溶液B与聚合物混合溶液A按1∶1的重量比进行混合1h，得到透明均匀的混合液C；步骤4：将混合液C滴入到聚四氟乙烯模具上，在室温条件聚合反应0.5~24h，得到无色透明的离子凝胶聚合物电解质膜D；步骤5：将聚合物电解质膜D在60~80℃温度下真空干燥36~60h，得到离子凝胶聚合物电解质。本专利技术的反应历程为：本专利技术的有益效果：本专利技术制备方法选择具有较高的热稳定性，较大的电化学窗口，较高的离子电导率的1-乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺（BMImTFSI）和具有较低晶格能的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)盐作为混合离子液体（IL）。将二氨基聚乙二醇（PEG-二胺）与1,3,5-三甲酰苯（TPB）通过亚胺键交联形成共聚物网络作为聚合物基体，通过两者混合以获得离子凝胶聚合物电解质（IGPE）。本专利技术IGPE作为出色的候选材料不仅表现在室温下具有出色的自主自我修复能力。更出乎意料的是，自修复行为可以在低至-20°C的温度下发生，显示出了广阔的应用前景。而且离子液体的加入不仅克服了液态电解质不安全、易泄漏；固态电解质所固有的离子电导率低、柔韧性差和界面稳定性差等缺点。此外，IGPE可以给能量储存设备提供多变的形状和高度的灵活性，这对于新兴的便携式和可穿戴电子产品是很有希望的。另外，在充放电过程中，IGPE的柔韧性和弹性也容易适应电极材料和锂金属枝晶的体积变化。说明书附图图1为本专利技术实施例4制备的离子液体凝胶聚合物电解质薄膜的形貌图；图2为本专利技术实施例4制备的离子凝胶聚合物电解质薄膜的自修复图；图3为本专利技术实施例4制备的离子凝胶聚合物电解质薄膜的红外图谱图；图4为本专利技术实施例4制备的离子凝胶聚合物电解质薄膜的DSC图；图5为本专利技术实施例4制备的离子凝胶聚合物电解质薄膜的TGA图；图6为本专利技术实施例4制备的离子凝胶聚合物电解质薄膜的XRD图；图7为本专利技术实施例4制备的离子凝胶聚合物电解质薄膜的LSV图；图8为本专利技术实施例2～6制备的含不同离子液体的离子凝胶聚合物电解质薄膜的电导率随着离子液体含量的变化情况图；图9为本专利技术实施例4制备的离子凝胶聚合物电解质薄膜的电导率随着温度的变化情况图。具体实施方式以下是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。实施例1准确称量0.0718g双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）（0.25mmol）和2.5g1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐(BMImTFSI)（6.4mmol）加入烧杯中，并向烧杯中加入小磁子室温下搅拌溶解，即得到掺杂0.1mol/kgLiTFSI的离子液体溶液B实施例2在25mm×25mm规格的称量瓶中称取0.0067g的1,3,5-三甲酰苯（TPB）、0.125g二氨基聚乙二醇（PEG-二胺）、0.0328g掺杂0.1mol/kgLiTFSI的离子液体溶液B，同时用移液枪移取500微升无水乙腈溶剂，使[胺]0=[醛]0=0.25M。然后把混合物放在智能恒温定时磁力搅拌器上搅拌1h使其溶解完全。溶液变得均匀后，使用移液器将其缓慢转移到聚四氟乙烯模具上，以最大程度地减少气泡的形成，模具的顶部和底部覆盖有两个显微镜载玻片，使混合物在室温下在模具中静置1小时。得到离子凝胶聚合物电解质膜（IGPE-20），最后把它放入到真空干燥箱中，在80℃下进行干燥。实施例3在25mm×25mm规格的称量瓶中称取0.0067g的1,3,5-三甲酰苯（TPB）、0.125g二氨基聚乙二醇（PEG-二胺）、0.0709g掺杂0.1mol/kgLiTFSI的离子液体溶液B，同时用移液枪移取500微升无水乙腈溶剂，使[胺]0=[醛]0=0.25M。然后把混合物放在智能恒温定时磁力搅拌器上搅拌1h使其溶解完全。溶液变得均匀后，使用移液器将其缓慢转移到聚四氟乙烯模具上，以最大程度地减少气泡的形成，模具的顶部和底部覆盖有两个显微镜载玻片，使混合物在室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可愈合的离子凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：/n步骤1：将0.125g的PEG-二胺、0.0067g的1,3,5-三甲酰苯加入到500μL的乙腈溶剂中混合均匀，得到聚合物混合溶液A；/n步骤2：将0.0718g的双三氟甲烷磺酰亚胺锂和2.5g 的1-乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺混合均匀，得到掺杂0.1mol/kg双三氟甲烷磺酰亚胺锂的离子液体溶液B；/n步骤3：将离子液体溶液B与聚合物混合溶液A按1∶1的重量比进行混合1h，得到透明均匀的混合液C；/n步骤4：将混合液C滴入到聚四氟乙烯模具上，在室温条件聚合反应0.5~24h，得到无色透明的离子凝胶聚合物电解质膜D；/n步骤5：将聚合物电解质膜D在60~80℃温度下真空干燥36~60h，得到离子凝胶聚合物电解质。/n

【技术特征摘要】
1.一种可愈合的离子凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述的制备方法包括以下步骤：
步骤1：将0.125g的PEG-二胺、0.0067g的1,3,5-三甲酰苯加入到500μL的乙腈溶剂中混合均匀，得到聚合物混合溶液A；
步骤2：将0.0718g的双三氟甲烷磺酰亚胺锂和2.5g的1-乙基-3-甲基咪唑双（三氟甲基磺酰基）酰亚胺混合均匀，得到掺杂0.1mol...

【专利技术属性】
技术研发人员：童永芬，曹晓燕，万龙，薛小媛，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36