一种具有高离子电导性的自愈离子凝胶及其制备和应用制造技术

本发明专利技术涉及一种具有高离子电导性、热稳定性及机械强度优的自愈离子凝胶及其制备方法，属于凝胶聚合物电解质领域。本发明专利技术提供一种离子凝胶，所述离子凝胶由PLA

【技术实现步骤摘要】
一种具有高离子电导性的自愈离子凝胶及其制备和应用


[0001]本专利技术涉及一种具有高离子电导性、热稳定性及机械强度优的自愈离子凝胶及其制备方法，属于凝胶聚合物电解质领域。

技术介绍

[0002]凝胶聚合物电解质属于聚合物电解质第二范畴，可理解为聚合物包裹的离子凝胶电解质，相比传统的液态电解质，不存在内部短路、电解液泄露等缺陷。近年来，受到了研究者的广泛关注。然而，由于聚合物的低离子电导性及离子凝胶差的机械和热稳定性，在实际的应用中我们需要对凝胶聚合物电解质进行改性。此外，传统用于离子凝胶体系的电解质通常由极性有机溶剂和电解质盐组成，在全固态储能设备中溶剂会因温度升高发生挥发、易燃等问题，因此凝胶聚电解质的制备需要平衡性能与安全。
[0003]为了制备高性能凝胶聚电解质，一些电解液/聚合物基体体系(又称离子凝胶)已经被研究。常见的聚合物基体包括聚氧化乙烯(PEO)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)及聚偏氟乙烯
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六氟丙烯(P(VDF
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HFP))等。其中，均聚物如PEO等掺杂电解质虽具有较高的离子电导性，但其机械性能及热稳定性较差；共聚物如P(VDF
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HFP)等，结晶段PVDF保持材料的机械强度，无定形段PHFP则包裹液态电解质从而可获得较高性能的离子凝胶。然而，含氟类材料降解困难，对环境污染严重，并且存在有机电解液的危险性。
[0004]离子液体(IL)是一种室温熔融盐，由有机/无机阴阳离子构成，具有不易燃、低挥发性、高离子电导性和热稳定性及宽电化学窗口等特点，引入离子凝胶中可替代传统电解质中的有机溶剂，保证材料使用的安全性。申请号202110303625.5公开了一种可愈合的离子凝胶聚合物电解质的制备方法，其指出离子液体溶解锂盐掺杂在二氨基聚乙二醇/1,3,5
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三甲酰苯交联的聚合物骨架中可得到能够在苛刻条件下自愈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。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种新型的离子凝胶，其综合性能如离子电导性、机械强度和热稳定性均得到提升且具有自修复功能。
[0006]本专利技术的技术方案：
[0007]本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种离子凝胶，所述离子凝胶由PLA
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b
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PMMA(PLA
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b
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PMMA嵌段共聚物)与离子液体通过溶液共混的方法制得；其中，与离子液体不相容的PLA段自组装形成晶体核，与离子液体相容的PMMA段在所述晶体核之间起桥接作用，形成了一种具有晶体核穿插的网络结构。
[0008]进一步，所述PLA
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b
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PMMA为PDLA
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b
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PMMA或PLLA
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b
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PMMA中的至少一种。
[0009]进一步，所述离子液体选自：咪唑类离子液体、吡咯类离子液体、季铵类离子液体或季鏻类离子液体中的至少一种。
[0010]进一步，所述离子凝胶中，离子液体的质量含量为50～99wt％(即离子液体占所得
离子凝胶质量的占比)。
[0011]进一步，所述溶液共混的方法为：将PLA
‑
b
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PMMA与离子液体在溶剂中加热搅拌混匀形成均一的溶液，然后除去溶剂、干燥得所述离子凝胶。
[0012]本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种离子凝胶的制备方法，所述制备方法为：将PLA
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b
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PMMA(PLA
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b
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PMMA嵌段共聚物)与离子液体采用溶液共混的方法制得所述离子凝胶。
[0013]进一步，所述溶液共混的方法为：将PLA
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b
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PMMA与离子液体在溶剂中加热搅拌混匀形成均一的溶液，然后除去溶剂、干燥得所述离子凝胶。
[0014]进一步，上述制备方法中，PLA
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b
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PMMA与离子液体的质量比为：PLA
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b
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PMMA：离子液体＝1～50：99～50。
[0015]进一步，上述制备方法中，所述溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷、三氯甲烷或二甲亚砜；溶剂的添加量为离子凝胶总质量的10倍或以上。
[0016]本专利技术要解决的第三个技术问题是指出上述离子凝胶在锂离子电池和太阳能电池中的应用。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]本专利技术采用在PLA
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b
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PMMA中添加离子液体的简单方法制备出了具有高离子电导性、热稳定性及机械强度的自愈离子凝胶。由于PLA与离子液体的不相容特性，结晶性PLLA和/或PDLA为该复合离子凝胶提供了较好的力学性能，相比纯PMMA/IL离子凝胶(5:5)，其力学拉伸强度提高了135％，同时PLA的引入会提升PLA
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b
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PMMA的热降解温度(5％重量损失处)，提升幅度约15℃。离子液体的引入使得材料的热降解温度达315.2℃，与纯PMMA相比提高了约38.6℃，与PMMA/离子液体(7:3)相比提高了15.3℃。在70wt％离子液体含量的PLA
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b
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PMMA/IL复合离子凝胶中(LM60/DM60
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70wt％IL)，离子电导性为3.4
×
10
‑4S/cm，相比PMMA/离子液体(7:3)提升了21.4％，共聚物分子量和分子量分布的改变可提高离子电导性至35.7％。PLA的存在提高了材料的力学强度，可进一步添加离子液体提升材料的离子电导性，因此本专利技术所得的新型的离子凝胶具有极大的发展潜力。
附图说明
[0019]图1为实施例1和实施例2所得PLA
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b
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PMMA/IL复合离子凝胶的室温电化学阻抗谱图：其中图1(a)：50wt％IL；图1(b)：70wt％IL；图1(c)为添加70wt％IL所得离子凝胶随温度变化的离子电导性图。
[0020]图2为本专利技术实施例1和实施例2所得复合凝胶材料的应力应变曲线。
[0021]图3为本专利技术实施例1和实施例2所得凝胶材料及纯PMMA的热失重曲线及5％重量损失温度统计，其中图3(a)为预聚物PDLA和不同分子量均聚物PMMA的热失重曲线，图3(b)为聚合物基体及含有70wt％IL的凝胶材料的热失重曲线，图3(c)为图3(b)中各样品5％重量损失温度统计。
[0022]图4为本专利技术实施例1所得复合离子凝胶材料的自愈过程图。
具体实施方式
[0023]本专利技术中，PLA引入至PMMA形成的嵌段共聚物可通过交联形成具有更高热稳定性
的材料，离子液体的加入可进一步提升材料的热稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离子凝胶，其特征在于，所述离子凝胶由PLA
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b
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PMMA与离子液体通过溶液共混的方法制得；其中，与离子液体不相容的PLA段自组装形成晶体核，与离子液体相容的PMMA段在所述晶体核之间起桥接作用，形成了一种晶体核穿插的网络结构。2.根据权利要求1所述的离子凝胶，其特征在于，所述PLA
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PMMA为PDLA
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b
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PMMA或PLLA
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b
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PMMA中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的离子凝胶，其特征在于，所述离子液体选自：咪唑类离子液体、吡咯类离子液体、季铵类离子液体或季鏻类离子液体中的至少一种。4.根据权利要求1～3任一项所述的离子凝胶，其特征在于，所述离子凝胶中，离子液体的质量含量为50～99wt％。5.根据权利要求1～4任一项所述的离子凝胶，其特征在于，所述溶液共混的方法为：将PLA
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PMMA与离子液体在溶剂中加热搅拌混匀形成均一的溶液，然后除去溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛艳华，李文泽，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：