專利名稱：膠態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種膠態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法，屬化學(xué)電源技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚合物電解質(zhì)可防止電池漏液，易于實現(xiàn)全固態(tài)電池的構(gòu)想，同時有利于實現(xiàn)化學(xué)電源微型化、薄型化等特殊設(shè)計，極大地吸引了在化學(xué)電源領(lǐng)域中的應(yīng)用研究，90年代初，開始出現(xiàn)聚合物電解質(zhì)電池的商品化報道。此外，聚合物電解質(zhì)在超級電容器、電致顯色、電化學(xué)傳感器等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值也引起人們的極大興趣，并為此開展了廣泛的應(yīng)用研究。
一些研究者為了實現(xiàn)聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用進行了不懈的努力。研究開發(fā)出PEO-KOH、P(ECH-co-EO)-KOH和PVA-KOH-H2O堿性膠態(tài)聚合物電解質(zhì)體系，在室溫下，這些體系雖然具有較好的機械性能，但離子電導(dǎo)率都只能達到10-3S.cm-1。與KOH水溶液相比，這些聚合物電解質(zhì)的電導(dǎo)率相差太遠，明顯制約了電池的大電流能力。因此，開發(fā)一種具有導(dǎo)電率高、機械強度好的聚合物電解質(zhì)對化學(xué)電源的應(yīng)用發(fā)展起著重要作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是研制一種具有高導(dǎo)電率、較好機械強度、無流動電解液的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，它由液態(tài)電解質(zhì)溶液和膠態(tài)聚合物構(gòu)成，其特征在于液態(tài)電解質(zhì)溶液固定于膠態(tài)聚合物的網(wǎng)絡(luò)微結(jié)構(gòu)中，膠態(tài)聚合物由單體的丙烯酸鹽及其衍生物和引發(fā)劑二者混合而成，或由單體的丙烯酸鹽及其衍生物、交聯(lián)劑和引發(fā)劑三者混合而成。
如上所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于a、膠態(tài)聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液為聚合物單體和堿性電解質(zhì)溶液的混合溶液，或聚合物單體、交聯(lián)劑及堿性電解質(zhì)的混合溶液，其中聚合物單體為丙烯酸鹽及其衍生物其結(jié)構(gòu)為CH2＝C(R1)COOM，其中R1基團的結(jié)構(gòu)為H或CH3，M為H+或NH4+，堿金屬或堿土金屬，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為5～50wt％；交聯(lián)劑是丙烯酰胺和/或N，N’-亞甲基雙，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為大于0～1.0wt％；堿性電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液可以是堿性溶液、酸性溶液或中性溶液之一，濃度為1～10mol/L，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為50～95wt％；b、用于引發(fā)聚合反應(yīng)的引發(fā)劑是聚合反應(yīng)常用的引發(fā)劑，可以是過氧化氫、過硫酸鹽、過硫酸鹽和亞硫酸鹽或硫代硫酸鹽的一種，其用量份數(shù)是混合溶液總體質(zhì)量的0.01～1.0wt％；如上所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于所述堿金屬為K+或Na+或Li+堿金屬，堿土金屬為Mg或Ca或Ba堿土金屬。
如上所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于所述堿性溶液可以為KOH、NaOH、LiOH、Ba(OH)2之一；酸性溶液可以為HCl、HNO3、H2SO4之一；中性溶液可以為NaCl、KCl、MgCl之一一種膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于以丙烯酸鹽及其衍生物為單體，將單體和電解質(zhì)溶液二者混合或單體、電解質(zhì)溶液和交聯(lián)劑三者混合，制得均一、穩(wěn)定、粘度適中的前驅(qū)體溶液，然后加引發(fā)劑，在使丙烯酸鹽發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，形成聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，液態(tài)電解質(zhì)溶液固定于聚合物網(wǎng)絡(luò)的微結(jié)構(gòu)中，從而得到膠態(tài)的聚合物電解質(zhì)。所制得的聚合物電解質(zhì)與液態(tài)電解質(zhì)溶液相比，具有基本相當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率(其室溫電導(dǎo)率可高達0.5S.cm-1)。
如上所述的制備方法，其特征在于a、膠態(tài)聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液為聚合物單體和堿性電解質(zhì)溶液的混合溶液，或聚合物單體、交聯(lián)劑及堿性電解質(zhì)的混合溶液，其中聚合物單體為丙烯酸鹽及其衍生物其結(jié)構(gòu)為CH2＝C(R1)COOM，其中R1基團的結(jié)構(gòu)為H或CH3，M為H+或NH4+，堿金屬或堿土金屬，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為5～50wt％；交聯(lián)劑是丙烯酰胺和/或N，N’-亞甲基雙，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為大于0～1.0wt％；堿性電解質(zhì)溶液電解質(zhì)溶液可以是堿性溶液、酸性溶液或中性溶液之一，濃度為1～10mol/L，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為50～95wt％；b、用于引發(fā)聚合反應(yīng)的引發(fā)劑是聚合反應(yīng)常用的引發(fā)劑，可以是過氧化氫、過硫酸鹽、過硫酸鹽和亞硫酸鹽或硫代硫酸鹽的一種，其用量份數(shù)是混合溶液總體質(zhì)量的0.01～1.0wt％；如上所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)制備方法，其特征在于所述堿金屬為K+或Na+或Li+堿金屬，堿土金屬為Mg或Ca或Ba堿土金屬。
如上所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)制備方法，其特征在于所述堿性溶液可以為KOH、NaOH、LiOH、Ba(OH)2之一；酸性溶液可以為HCl、HNO3、H2SO4之一；中性溶液可以為NaCl、KCl、MgCl之一。
如上所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)制備方法，其特征在于聚合物單體聚合溫度10～80℃。
如上所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)制備方法，其特征在于將濃度為1～10mol/L的電解質(zhì)溶液逐漸滴加入聚合物單體和交聯(lián)劑的混合液中。
本發(fā)明的優(yōu)點在于采用聚合物單體在電解質(zhì)溶液中聚合形成膠態(tài)聚合物電解質(zhì)。與液態(tài)電解質(zhì)相比，所制得的聚合物電解質(zhì)具有高的電導(dǎo)率、較好的機械強度。由于膠態(tài)聚合物電極具有無明顯流動電液和特殊保水功能，可防止在潮濕空氣中漏液，以及在干燥環(huán)境下干涸，易于實現(xiàn)全固態(tài)電池的構(gòu)想和實現(xiàn)化學(xué)電源微型化、薄型化等特殊設(shè)計，可廣泛用于鋅空電池、鋅鎳電池、氫鎳電池、鉛酸電池等多種電池體系。
具體的實施方式實施例1膠態(tài)聚合物電解質(zhì)制備1按下述比例配制混合液，攪拌均勻后，作為聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液。
丙烯酸12.5％交聯(lián)劑(N，N’-亞甲基雙(丙烯酰胺))0.06％KOH溶液(10mol/L)87.44％在攪拌下，向聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液中加入50mg 4％引發(fā)劑(Na2SO3+K2S2O81∶1wt)溶液，待溶液聚合后即形成膠態(tài)聚合物電解質(zhì)。
實施例2膠態(tài)聚合物電解質(zhì)制備2
按下述比例配制混合液，攪拌均勻后，作為聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液。
丙烯酸12.5％H2SO4溶液(4mol/L)87.5％在攪拌下，向聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液中加入50mg 4％引發(fā)劑(K2S2O8)溶液，待溶液聚合后即形成膠態(tài)聚合物電解質(zhì)。
實施例3、膠態(tài)聚合物鋅空電池制備3按下述比例配制混合液，攪拌均勻后，作為聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液。
丙烯酸15％交聯(lián)劑(N，N’-亞甲基雙(丙烯酰胺))0.06％NH4Cl溶液(2mol/L)84.94％在攪拌下，向聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液中加入50mg 4％引發(fā)劑((NH4)2S2O8)溶液，待溶液聚合后即形成膠態(tài)聚合物電解質(zhì)。
權(quán)利要求
1.膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，它由液態(tài)電解質(zhì)溶液和膠態(tài)聚合物構(gòu)成，其特征在于液態(tài)電解質(zhì)溶液固定于膠態(tài)聚合物的網(wǎng)絡(luò)微結(jié)構(gòu)中，膠態(tài)聚合物由單體的丙烯酸鹽及其衍生物和引發(fā)劑二者混合而成，或由單體的丙烯酸鹽及其衍生物、交聯(lián)劑和引發(fā)劑三者混合而成。
2.如權(quán)利要求1所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于a、膠態(tài)聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液為聚合物單體和電解質(zhì)溶液的混合溶液，或聚合物單體、交聯(lián)劑及電解質(zhì)溶液的混合溶液，其中聚合物單體為丙烯酸鹽及其衍生物其結(jié)構(gòu)為CH2＝C(R1)COOM，其中R1基團的結(jié)構(gòu)為H或CH3，M為H+或NH4+，堿金屬或堿土金屬，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為5～50wt％；交聯(lián)劑是丙烯酰胺和/或N，N’-亞甲基雙，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為大于0～1.0wt％；電解質(zhì)溶液可以是堿性溶液、酸性溶液或中性溶液之一，濃度為1～10mol/L，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為50～95wt％；b、用于引發(fā)聚合反應(yīng)的引發(fā)劑是聚合反應(yīng)常用的引發(fā)劑，可以是過氧化氫、過硫酸鹽、過硫酸鹽和亞硫酸鹽或硫代硫酸鹽的一種，其用量份數(shù)是混合溶液總體質(zhì)量的0.01～1.0wt％；
3.如權(quán)利要求2所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于所述堿金屬為K+或Na+或Li+堿金屬，堿土金屬為Mg或Ca或Ba堿土金屬。
4.如權(quán)利要求2所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于所述堿性溶液可以為KOH、NaOH、LiOH、Ba(OH)2之一；酸性溶液可以為HCl、HNO3、H2SO4之一；中性溶液可以為NaCl、KCl、MgCl之一
5.膠態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于以丙烯酸鹽及其衍生物為單體，將單體和電解質(zhì)溶液二者混合或單體、電解質(zhì)溶液和交聯(lián)劑三者混合，制得均一、穩(wěn)定、粘度適中的前驅(qū)體溶液，然后加引發(fā)劑，在使丙烯酸鹽發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，形成聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，液態(tài)電解質(zhì)溶液固定于聚合物網(wǎng)絡(luò)的微結(jié)構(gòu)中，從而得到膠態(tài)的聚合物電解質(zhì)。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于a、膠態(tài)聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體溶液為聚合物單體和電解質(zhì)溶液的混合溶液，或聚合物單體、交聯(lián)劑及電解質(zhì)溶液的混合溶液，其中聚合物單體為丙烯酸鹽及其衍生物其結(jié)構(gòu)為CH2＝C(R1)COOM，其中R1基團的結(jié)構(gòu)為H或CH3，M為H+或NH4+，堿金屬或堿土金屬，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為5～50wt％；交聯(lián)劑是丙烯酰胺和/或N，N’-亞甲基雙，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為大于0～1.0wt％；電解質(zhì)溶液可以是堿性溶液、酸性溶液或中性溶液之一，濃度為1～10mol/L，所占混合溶液總體的質(zhì)量份數(shù)為50～95wt％；b、用于引發(fā)聚合反應(yīng)的引發(fā)劑是聚合反應(yīng)常用的引發(fā)劑，可以是過氧化氫、過硫酸鹽、過硫酸鹽和亞硫酸鹽或硫代硫酸鹽的一種，其用量份數(shù)是混合溶液總體質(zhì)量的0.01～1.0wt％；
7.如權(quán)利要求6所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)制備方法，其特征在于所述堿金屬為K+或Na+或Li+堿金屬，堿土金屬為Mg或Ca或Ba堿土金屬。
8.如權(quán)利要求6所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)制備方法，其特征在于所述堿性溶液可以為KOH、NaOH、LiOH、Ba(OH)2之一；酸性溶液可以為HCl、HNO3、H2SO4之一；中性溶液可以為NaCl、KCl、MgCl之一。
9.如權(quán)利要求5所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)制備方法，其特征在于聚合物單體聚合溫度10～80℃。
10.如權(quán)利要求5或6或7或8或9所述的膠態(tài)聚合物電解質(zhì)制備方法，其特征在于將濃度為1～10mol/L的電解質(zhì)溶液逐漸滴加入聚合物單體和交聯(lián)劑的混合液中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種膠態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法。其基本原理為以丙烯酸鹽及其衍生物為單體，將電解質(zhì)溶液與單體混合，制得均一、穩(wěn)定、粘度適中的前驅(qū)體溶液，然后加引發(fā)劑，使丙烯酸鹽發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，形成聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，液態(tài)電解質(zhì)溶液固定于聚合物網(wǎng)絡(luò)的微結(jié)構(gòu)中，從而得到膠態(tài)的聚合物電解質(zhì)。與液態(tài)電解質(zhì)相比，所制得的聚合物電解質(zhì)具有高的電導(dǎo)率、較好的機械強度，易于實現(xiàn)全固態(tài)電池的構(gòu)想和實現(xiàn)化學(xué)電源微型化、薄型化等特殊設(shè)計，可廣泛用于鋅空電池、鋅鎳電池、氫鎳電池、鉛酸電池等多種電池體系。
文檔編號C08L33/02GK1597766SQ200410060700
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月9日
發(fā)明者楊漢西, 曹余良, 朱曉明, 艾新平 申請人:武漢大學(xué)