离子液体凝胶是在有机高分子材料中引入离子液体,制备出的一类新型的聚合物功能材料。根据凝胶方式的不同,离子液体凝胶分为离子液体聚合物凝胶和离子液体超分子凝胶。与普通水凝胶相比,离子液体凝胶除具备水凝胶的网状结构和环境响应性外,离子液体本身良好的稳定性和较强的导电性赋予凝胶材料一些新功能。凝胶电解质不但可以克服液体电解质易泄漏、加工封闭困难、寿命短等缺点,而且由于其良好的机械加工性能,可制成超薄或卷曲形状用于电池、电容器中。因此,凝胶电解质在电致显色、光电化学、电子、医疗、空间技术等领域显示出广阔的应用前景。
凝胶聚合物的种类繁多,按结构可分为交联型和非交联型:非交联型由于差的机械稳定性而不能应用于锂离子电池;交联型又分为物理交联型和化学交联型,相比之下化学交联型的热稳定性更好。凝胶型聚合物中,聚合物基体主要是提供良好的力学性能,离子导电主要是发生在液相增塑剂中。凝胶聚合物按基体分类,可分为以下四类。
(1)聚醚类[如(聚氯化乙烯)PEO],是最常见的凝胶型聚合物基体,但其电导率较低。人们尝试了多种改进方法,如通过接枝、共聚、交联、共混等方法降低聚合物的结晶度和玻璃化转变温度,使其性能有所提高。
(2)PAN(聚丙烯腈)体系,是研究最早且较为详尽的凝胶型聚合物。对PAN为基质的聚合物体系的研究从1975年开始,PAN具有合成简便、化学稳定性高、不易燃等特点,较为适合用作基质材料。(www.daowen.com)
(3)PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)体系,由于MMA单元中有一羰基侧基,能与碳酸酯类增塑剂中的氧发生较强的相互作用,所以能吸收大量的液体电解质,并表现出很好的相容性。另外,PMMA原料丰富、制备简单、价格便宜。因而以PMMA为基质的凝胶型聚合物体系也较常被使用。
(4)PVDF(聚偏氟乙烯)体系,含氟凝胶聚合物电解质的聚合物基体主要为PVDF和PVDF-HFP(聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物)。而由于PVDF聚合物结构规整、对称,容易形成结晶结构,不利于离子导电,而PVDF-HFP的结晶度相对较低,故目前对含氟凝胶聚合物电解质体系的研究主要集中在PVDF-HFP上。
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