一种多孔凝胶电解质及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多孔凝胶电解质及其制备方法和应用，利用可降解材料聚乳酸作为框架，添加少量聚偏氟乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种多孔凝胶电解质及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于聚合物
，具体涉及一种多孔凝胶电解质及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]考虑到便携式储能设备对高功率，安全性和长循环性能的需求日益增加，研究者们致力于发展固态或准固态超级电容器去避免有机电解液泄露造成的危害。比起固态电解质，凝胶聚合物电解质具有与电极更好的界面接触以及更高的离子电导，被设计用来解决电化学中安全性和界面差的关键问题。
[0003]良好的凝胶电解质要求能吸收足量的液态电解液从而保证大电流和长循环下的电化学稳定性，设计多孔结构是一个有效和常见的策略，可以帮助凝胶电解质实现高孔隙率和高电解液吸收。
[0004]常见的用于凝胶的聚合物材料如，聚偏氟乙烯
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六氟丙烯(PVDF
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HFP)，聚环氧乙烷(PEO)，聚丙烯腈(PAN)，大多是由石化燃料提取的，作为不可再生资源，他们的制备和降解都造成了大量的碳排放。因此我们选用了商用的，可大规模利用的可再生聚合物聚乳酸(PLA)作为代替物。除了环境友好的优点，易成膜和相对低的结晶度是它应用于电解质的优势。然而在商用乙腈基电解液中PLA会出现微溶的现象，不能稳定保持结构，因此我们加入少量的PVDF
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HFP作为修饰层连接了PLA结构，同时它的良溶剂N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)用作PLA的非溶剂对聚合物框架进行了造孔，使得复合膜在保持良好稳定性的同时，具有较高的孔隙率和电解液吸收，组装的超级电容器表现出良好电化学性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种多孔凝胶电解质及其制备方法和应用，利用可降解材料聚乳酸作为框架，少量聚偏氟乙烯
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六氟丙烯作为修饰层，同时调控聚乳酸非溶剂N,N
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二甲基甲酰胺的用量，创造性的制造了一种孔隙率可调的复合凝胶电解质，能够在乙腈基的电解液中稳定存在。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种多孔凝胶电解质制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1、将聚乳酸加入到二氯甲烷中磁力搅拌得到产物A，将聚偏氟乙烯
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六氟丙烯加入到N,N
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二甲基甲酰胺中磁力搅拌得到产物B，将产物B加入到产物A中，再次搅拌得到电解质浆料，聚乳酸和聚偏氟乙烯
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六氟丙烯的总质量为二氯甲烷和N,N
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二甲基甲酰胺总质量的15％～20％；
[0009]S2、将步骤S1得到的电解质浆料均匀涂覆在聚四氟乙烯膜上，室温下挥发二氯甲烷成膜，在真空环境下挥发N,N
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二甲基甲酰胺进行造孔，得到复合膜；
[0010]S3、将步骤S2制备的复合膜在电解液中浸泡得到凝胶电解质。
[0011]具体的，步骤S1的混合溶液中，聚乳酸的质量为聚偏氟乙烯
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六氟丙烯和聚乳酸总
质量的80％～90％，聚偏氟乙烯
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六氟丙烯的质量为聚偏氟乙烯
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六氟丙烯和聚乳酸总质量的10％～20％，二氯甲烷的体积为二氯甲烷和N,N
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二甲基甲酰胺总体积的30％～70％，N,N
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二甲基甲酰胺的体积为二氯甲烷和N,N
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二甲基甲酰胺总体积的30％～70％。
[0012]具体的，步骤S1中，磁力搅拌的速度为500～600rpm。
[0013]具体的，步骤S2中，电解质浆料的涂覆厚度为100～200μm。
[0014]具体的，步骤S2中，室温下挥发二氯甲烷成膜的时间为2～4小时。
[0015]具体的，步骤S2中，真空环境下挥发N,N
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二甲基甲酰胺造孔的温度为60～90℃，时间为8～10小时，造孔的孔径为500nm～5μm。
[0016]具体的，步骤S3中，复合膜在电解液中浸泡的时间为2～4小时。
[0017]进一步的，电解液为乙腈基超级电容器用电解液或水系电解液。
[0018]本专利技术的另一技术方案是，根据多孔凝胶电解质制备方法制备的多孔凝胶电解质，以聚乳酸为框架，聚偏氟乙烯
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六氟丙烯为修饰层。
[0019]本专利技术的另一技术方案是，多孔凝胶电解质在超级电容器中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0021]本专利技术一种多孔凝胶电解质制备方法，在真空环境下挥发N,N
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二甲基甲酰胺进行造孔，采用简单的刮涂法制备复合膜，步骤简单，造孔引入非溶剂是参考了相分离制备多孔结构的原理，操作简便，制备的凝胶电解质柔性良好可弯折，能够应用于准固态超级电容器中。
[0022]进一步的，聚乳酸与聚偏氟乙烯
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六氟丙烯的质量比是在保证复合膜结构能够稳定用作电解质，不破碎，同时使用较少不可降解的石化材料聚偏氟乙烯
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六氟丙烯，因此这样选取；二氯甲烷与N,N
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二甲基甲酰胺的体积比是在保证聚合物都可以充分溶解，同时达到较好的造孔效果的目的下设置的。
[0023]进一步的，磁力搅拌的速度为500～600rpm，保证聚合物充分溶解；
[0024]进一步的，选用此刮刀涂覆是为了保证膜的平整度，太薄会不均匀，太厚会增大阻抗，因此要保证电解质既能有隔离两电极的效果，又可以存储较多电解液，保证离子在两电极之间快速运动。
[0025]进一步的，室温下挥发二氯甲烷是因为它的沸点为40℃，常温下即可挥发，且受热会分解。
[0026]进一步的，N,N
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二甲基甲酰胺作为聚乳酸的非溶剂，分散在聚乳酸溶液中，由于二氯甲烷先挥发，液态的N,N
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二甲基甲酰胺作为液滴分散在聚乳酸周围，它的沸点153℃较高，因此60℃真空条件下保持8
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10h让它充分挥发后，这些位置就表现为多孔结构。
[0027]进一步的，设置浸泡时间是保证电解质充分吸收电解液，通过液态电解液吸收图发现，2h后吸液量达到稳定。
[0028]进一步的，可以使用水系电解液，但是电压窗口低，1V，限制了能量密度，乙腈基电解液为商用有机电解液，电压窗口2.5～3V，提高电容器的能量密度，满足更多的使用要求。
[0029]综上所述，本专利技术设计简单，制备流程无污染，无高温，过程安全。用环境友好型材料实现了孔隙率可调，高电解液吸收，可弯折的电解质在准固态超级电容器的广泛应用。
[0030]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例复合膜的红外光谱结果图；
[0032]图2为本专利技术实施例复合膜的热重结果图；
[0033]图3为本专利技术不同含量DMF下多孔膜的扫描电子显微镜图；
[0034]图4为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多孔凝胶电解质制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将聚乳酸加入到二氯甲烷中磁力搅拌得到产物A，将聚偏氟乙烯
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六氟丙烯加入到N,N
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二甲基甲酰胺中磁力搅拌得到产物B，将产物B加入到产物A中，再次搅拌得到电解质浆料，聚乳酸和聚偏氟乙烯
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六氟丙烯的总质量为二氯甲烷和N,N
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二甲基甲酰胺总质量的15％～20％；S2、将步骤S1得到的电解质浆料均匀涂覆在聚四氟乙烯膜上，室温下挥发二氯甲烷成膜，在真空环境下挥发N,N
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二甲基甲酰胺进行造孔，得到复合膜；S3、将步骤S2制备的复合膜在电解液中浸泡得到凝胶电解质。2.根据权利要求1所述的多孔凝胶电解质制备方法，其特征在于，步骤S1的混合溶液中，聚乳酸的质量为聚偏氟乙烯
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六氟丙烯和聚乳酸总质量的80％～90％，聚偏氟乙烯
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六氟丙烯的质量为聚偏氟乙烯
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六氟丙烯和聚乳酸总质量的10％～20％，二氯甲烷的体积为二氯甲烷和N,N
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二甲基甲酰胺总体积的30％～70％，N,N
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二...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩晓刚，杨超，白宇鸽，李鸿杰，陈韦蒙，赵斌，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：