含離子液體的凝膠聚合物電解質(zhì)的制備及改性.pdf

1、凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)兼具液體電解質(zhì)與聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，其中含離子液體的凝膠聚合物電解質(zhì)由于具有較好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能，是近期研究的熱點(diǎn)。但與純離子液體相比，電解質(zhì)的電導(dǎo)率下降較多，達(dá)不到電解質(zhì)應(yīng)用的要求(＞10-3S·cm-1)。因此需對(duì)電解質(zhì)進(jìn)行改性來(lái)提高凝膠聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性。
　　本文采用“兩步法”制備出一系列的咪唑類離子液體1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽([BMIM]BF4)、1-戊基-3-甲基咪唑

2、四氟硼酸鹽([PMIM]BF4)及1-乙酸乙酯基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽（[EAMIM]BF4），在離子液體中加入非質(zhì)子溶劑碳酸-1，2-丙二酯(PC)、碳酸二甲酯(DMC)改善離子液體的電導(dǎo)率，并在咪唑類離子液體中引入一系列單體甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸β羥乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)、丙烯酸甲酯(MA)、丙烯酸乙酯(EA)及丙烯酸丁酯(BA)，以引發(fā)劑引發(fā)使其聚合制備出一系列的含咪唑類離子液體的不同基體

3、的凝膠聚合物電解質(zhì);并且將不同單體兩兩混合，制備出一系列的含咪唑類離子液體的復(fù)合基體的凝膠聚合物電解質(zhì)。用FTIR、AC、TG等測(cè)試技術(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性等進(jìn)行表征和研究。結(jié)果表明，PC/DMC改性后的[BMIM]BF4引入MA聚合制得的凝膠聚合物電解質(zhì)PMA-PC-DMC-[BMIM]BF4的離子電導(dǎo)率20℃時(shí)達(dá)到2.818×10-3S·cm-1; PC/DMC改性后的[BMIM]BF4引入MMA/MA聚合制得的復(fù)合凝膠電解質(zhì)

4、，當(dāng)離子液體與單體的比例為7∶3時(shí)復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率最高，20℃時(shí)達(dá)到7.541×10-3S·cm-1，70℃時(shí)達(dá)到1.214×10-2S·cm-1，凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率隨溫度的變化關(guān)系符合Arrhenius方程。聚合物電解質(zhì)的最大熱分解溫度都大于300℃，熱穩(wěn)定性明顯要優(yōu)于含有機(jī)溶劑的傳統(tǒng)非水電解質(zhì)體系。
　　采用兩步法還制備出了一系列的吡啶類離子液體N-丁基吡啶四氟硼酸鹽([BPy]BF4)、N-戊基吡啶

5、四氟硼酸鹽([PPy]BF4)及N-乙酸乙酯基吡啶四氟硼酸鹽([EAPy]BF4)，分別向離子液體中加入非質(zhì)子溶劑PC/DMC，并引入一系列單體MMA、HEMA、GMA、MA、EA、BA，以引發(fā)劑引發(fā)使其聚合制備出一系列的含吡啶類離子液體的不同基體的凝膠聚合物電解質(zhì);通過(guò)對(duì)不同單體的兩兩混合，制備出了一系列的含吡啶類離子液體的不同基體的復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì);用FTIR、AC、TG等測(cè)試技術(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性等進(jìn)行表征和研究。結(jié)果

6、表明，離子液體與單個(gè)單體制備的電解質(zhì)中PMA-PC-DMC-[BPy]BF4的離子電導(dǎo)率20℃時(shí)達(dá)到4.273×10-3S·cm-1;在復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)當(dāng)中PMMA-MA-PC-DMC-[BPy]BF4綜合性能最好，當(dāng)離子液體與單體的比例為7∶3時(shí)復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率20℃時(shí)達(dá)到8.289×10-3S·cm-1，70℃時(shí)達(dá)到1.403×10-2S·cm-1，凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率隨溫度的變化關(guān)系符合Arrheniu

7、s方程，聚合物電解質(zhì)的最大熱分解溫度都大于300℃。
　　為了提高凝膠聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率，本文用納米SiO2對(duì)PMMA-MA-PC-DMC-[BMIM] BF4和PMMA-MA-PC-DMC-[BPy]BF4進(jìn)行改性制備出了凝膠聚合物電解質(zhì)PMMA-MA-PC-DMC-SiO2-[BMIM]BF4和PMMA-MA-PC-DMC-SiO2-[BPy]BF4。用FTIR、AC、TG、TEM、XRD等測(cè)試技術(shù)對(duì)其結(jié)構(gòu)、電導(dǎo)率、熱穩(wěn)定性

8、等進(jìn)行表征和研究。結(jié)果表明，SiO2改性后的凝膠聚合物電解質(zhì)PMMA-MA-PC-DMC-SiO2-[BMIM]BF4和PMMA-MA-PC-DMC-SiO2-[BPy]BF4，當(dāng)離子液體與單體的比例為7∶3時(shí)復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率20℃時(shí)分別達(dá)到8.741×10-3S·cm-1和9.862×10-3S·cm-1，70℃時(shí)分別達(dá)到13.73×10-3 S·cm-1和15.63×10-3S·cm-1，凝膠聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率