【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源存储领域，涉及一种基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质及其制备方法和在制备储能装置中的应用，尤其涉及一种在室温下在电极表面原位制备准固态凝胶电解质的方法。
技术介绍
0、技术背景
1、在能源存储领域，超级电容器由于具备尺寸小、结构多变、安全性高以及舒适度好等优点，成为可穿戴电子设备中供电单元的热门候选者之一。与传统电容器相比，超级电容器可以提供更高的功率密度，更快的充电速度，以及更长的使用周期，这些参数对于可穿戴电子的进一步优化与发展至关重要。
2、传统的基于液态电解质的超级电容器存在电解质泄露和不稳定等问题，难以满足当前柔性和可穿戴产品的应用需求。固体电解质包括聚合物电解质、陶瓷电解质为解决上述问题提供了良好的解决方案。然而，这两类固态电解质存在导电性较低(10-8～10-5s/cm)，柔性差等问题，在可穿戴显示器、生物医学应用和软体机器人中的应用中受到限制。近年来发展的准固态凝胶电解质，由聚合物三维网络框架和液体电解质共同组成，由于液体电解质被限制在聚合物网络基体中，兼具固液界面，具有可拉伸变形等特点，且与固体电解质相比能表现出更佳的离子电导率(10-4～10-3s/cm)，而引起了广泛的关注。
3、传统的凝胶聚合物电解质的制备工艺较复杂，涉及复杂的反应步骤和条件调控，限制了其大规模应用，此外，和液态电解质相比，准固态凝胶电解质和电极之间的接触仅保持在凝胶表面与电极表面之间，电解质不能有效渗透进入电极材料的内部孔隙，这将导致界面电阻上升，电容器电化学性能严重下降。因此
4、近年来，原位聚合技术在合成聚合物电解质和构建(准)固态电池方面受到了广泛的关注。通过该方法可以获得具有高离子导电性聚合物电解质、降低界面电阻，并且制备方法简单，易实现聚合物电解质的大规模的制备。原位聚合技术一般包括以下步骤：将聚合物前驱体在电极表面均匀铺展，通过光、热引发等实现聚合物凝胶在电极表面的聚合。通过原位聚合获得的聚合物电解质可以有效填充电极表面的空洞，从而实现凝胶电解质与电极材料的紧密接触，从而有效克服高界面电阻问题。目前，通过原位聚合技术在电极表面制备聚合物电解质已有诸多报道，如聚碳酸乙烯酯(pvc)，聚甲基乙烯酸甲酯(pmma)，聚四氢呋喃，聚二丙烯酸三乙烯醇酯，聚二氧戊烷(pdol)，聚三甲基丙烷三丙烯酸酯(etpta)等，但是由于聚合过程中不可降解聚合物以及交联聚合反应涉及化学交联剂的使用，使得凝胶电解质存在再生和循环使用问题，并且，凝胶的韧性、抗疲劳性等仍然受到共价交联刚性网络的限制。此外，交联聚合反应条件及过程较为复杂，涉及引发剂的添加以及光、热引发，难以实现凝胶电解质的规模化批量制备。因此新一代凝胶电解质发展面临的另一挑战就是构筑具有可再生循环性能稳定的凝胶聚合物电解质并实现规模化批量绿色制备，这也是近期凝胶电解质发展关注的热点。
5、针对上述问题，本专利技术提供了一种基于天然多糖和离子液体的准固态凝胶电解质及其制备方法，并将其离子凝胶电解质用于超级电容器和其它储能装置的构筑。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质的制备方法，其力学性能和导电性能可调，且能循环回收再利用。
2、本专利技术通过以下技术方案实现上述目的：
3、步骤(1)、将乙二醇壳聚糖(egcs)溶于二甲基亚砜(dmso)中，搅拌均匀后得到egcs-dmso溶液；
4、步骤(2)、在室温下，将egcs-dmso溶液与咪唑基离子液体(il)混合均匀，得到网络结构的所述基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质；
5、所述的乙二醇壳聚糖(egcs)为乙二醇取代的壳聚糖，分子式为：
6、
7、其中，x、y、z均大于1。
8、作为优选，所述的乙二醇壳聚糖(egcs)的脱乙酰度55％及以上，乙二醇取代度为50％～90％，分子量为1.0×104～5.0×105。
9、所述的咪唑基离子液体(il)为含有咪唑基团的不同烷基或烯烃链长和双三氟甲磺酰亚胺阴离子的咪唑盐离子液体，分子式为：
10、
11、r1:cnh2n+1,n＝2-10
12、r2:cnh2n-1or cnh2n+1,n＝2-4
13、作为优选，乙二醇壳聚糖(egcs)与咪唑基离子液体(il)的质量比为(0.005～2):1，更为优选为(0.01～1):1；
14、作为优选，基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质中dmso质量百分比为5％～85％，更为优选的是10％～60％。
15、作为优选，步骤(1)中搅拌速率为500～600rpm，反应温度与egcs分子量有关，分子量较低室温可溶，分子量较高则需要加热溶解；反应温度优选为25～60℃。
16、本专利技术利用egcs分子链中丰富的-oh以及-c-o-c与离子液体的咪唑阳离子以及tfsi阴离子形成的氢键以及离子-偶极相互作用，在室温下构筑egcs/il交联网络。
17、本专利技术的另一个目的是提供一种基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质，采用上述方法制备得到。
18、本专利技术的又一个目的是提供上述基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质在制备储能装置中的应用，所述储能装置包括超级电容器、二次锂电池等，涉及室温下在电极表面原位制备凝胶电解质的方法，具体地：
19、以电极片为基底，通过移液枪将一定量的离子液体与一定浓度的egcs-dmso溶液均匀涂布在电极表面，即可实现在电极表面原位凝胶化。如对凝胶电解质尺寸及形状有要求，可在电极表面放置设计尺寸及形状的硅胶或ptfe模具，将离子液体和egcs-dmso溶液添加至模具内腔内即可。
20、本专利技术与相对现有技术相比具有以下优点：
21、(1)本专利技术利用egcs与il之间的氢键以及离子相互作用，实现了凝胶网络的构筑，在室温下实现离子液体从液态到固态的转变。该网络结构的形成无须添加引发剂，在室温下瞬间(<10s)即可完成。且该凝胶具有较好的机械性能、和导电性能，可以通过调整il含量实现其机械性能和导电性的调控。本专利技术采用的咪唑类tfsi盐离子液体由于其具有较高的电化学稳定性、离子电导率、较低的粘度，耐高温，不易挥发和不可燃性等特性，是较为理想的电解质材料，更重要的是该类离子液体与egcs存在强的离子-偶极以及氢键等非共价相互作用，该凝胶具有自愈合性能，可以长期稳定地使用，且凝胶电解质的导电率和力学性能均可以通过离子液体的含量有效调节。
22、(2)本专利技术采用二甲亚砜(dmso)作为溶剂，其砜官能团具有较强的吸电子能力，可以降低homo能级，因此与其他常用电解液溶剂如碳酸酯类溶剂相比，具有更高的氧化稳定性。
23、(3)本专利技术提供的离子凝胶前驱本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的乙二醇壳聚糖(EGCS)的脱乙酰度55％及以上，乙二醇取代度为50％～90％，分子量为1.0×104～5.0×105。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，乙二醇壳聚糖与咪唑基离子液体的质量比为(0.005～2):1。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，乙二醇壳聚糖与咪唑基离子液体的质量比为(0.01～1):1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中反应温度为25～60℃，搅拌速率为500～600rpm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，DMSO的质量占基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质质量的5％～85％。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，DMSO的质量占基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质质量的10％～60％。
8.一种基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质，采用
9.权利要求8所述的基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质在作为准固态凝胶电解质在制备储能装置中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述储能装置包括超级电容器、二次锂电池。
...【技术特征摘要】
1.一种基于天然多糖-离子液体的准固态凝胶电解质的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的乙二醇壳聚糖(egcs)的脱乙酰度55％及以上，乙二醇取代度为50％～90％，分子量为1.0×104～5.0×105。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，乙二醇壳聚糖与咪唑基离子液体的质量比为(0.005～2):1。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，乙二醇壳聚糖与咪唑基离子液体的质量比为(0.01～1):1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中反应温度为25～60℃，搅拌速...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁媛媛，李勇进，邹斌虎，疏丹，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：
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