專利名稱：聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇準固態電解質及其制備方法和應用的制作方法
聚(乙烯基咪唑_丙烯酸酯_丙烯酸)/聚乙二醇準固態電解質及其制備方法和應用技術領域
本發明屬于化學及其能源電池技術領域，具體地涉及一種聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇準固態電解質及其制備方法和應用。
背景技術：
染料敏化太陽能電池(DSSC)因其易組裝、成本低、效率高(12. 3% )的優點而受到廣泛的關注。美國專利US 6 479 745中液體電解質組分為0.5mol/L KI、0.05mol/L I2，溶劑為碳酸丙烯酯，測得室溫的電導率為7. 2mS. CnT1。但是，基于液體電解質和DSSC存在電池封裝困難、溶劑揮發、染料解吸附、腐蝕反電極及壽命短等缺點，而聚合物電解質具有封裝簡單、廉價、性能穩定等優點，引起了研究者濃厚的興趣。
DSSC聚合物準固態電解質作為具有實用性價值的電解質應滿足以下條件(I)室溫離子電導率達10_3s. Cm—1數量級；(2)與電極界面接觸性能良好，界面電阻小，界面電荷傳輸速度快；(3)良好的電化學穩定性；(4)良好的加工性能。
現有技術的液體電解質存在溶劑易泄漏、易揮發、電池性能不穩定和使用壽命短等缺點。因此，無滲漏、使用時間長的聚合物準固體與固體電解質成為最有前途的材料。發明內容
本發明克服了現有技術中液體電解質造成的DSSC電池封裝困難、溶劑揮發、染料解吸附、腐蝕反電極及壽命短等缺陷，提出了一種聚(乙烯基咪唑_丙烯酸酯_丙烯酸)/ 聚乙二醇準固態電解質及其制備方法和應用。本發明提制備方法具有路線簡單，操作條件溫和，產物提純步驟簡單而產率高、熱穩定性好、易于封裝、電化學穩定性良好等有益效果。
本發明聚合物結構新穎，選擇具有咪唑鏈段的單體，咪唑基團具有與離子液體相似的結構，所以可以與離子液體互溶，提高電導率σ，有利于Γ離子的遷移；引入丙烯酸酯鏈段，提高與不同種類溶劑的互溶性能。由于烷基不同，可用不同丙烯酸酯類單體制備玻璃化溫度不同的共聚物；引入COOH增強電解質的氫鍵作用；PEG鏈段的O與Li+絡合，利于 Γ擴散，從而提高電導率，抑制暗電流；同時PEG分子可與P(VIM-A-AA)形成氫鍵，從而降低凝膠電解質的固含量，提高電導率。用本發明聚合物電解質組裝的電池，穩定性好，性價比高，壽命長，無滲漏。
聚乙二醇(PEG)和聚丙烯酸酯是固體電解質的材料，本發明創新地把兩者結合起來，制備聚(乙烯基咪唑_丙烯酸酯_丙烯酸)/聚乙二醇P (VIM-A-AA) /PEG共混物/碘化物/I2凝膠電解質，從而使該準固態電解質不僅具有兩種聚合物的優點，還實現更多的新的有益效果，例如，降低了固含量、提高了電導率、抑制暗電流。
本發明提出了一種聚(乙烯基咪唑_丙烯酸酯_丙烯酸)/聚乙二醇準固態電解質，其具有如下化學式(I)的結構
權利要求
1.一種聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇準固態電解質，其特征在于， 所述準固態電解質的結構由如下化學式(I)表示
2.一種如化學式(I)所示的聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇準固態電解質的制備方法，其特征在于，所述制備方法通過聚(乙烯基咪唑_丙烯酸酯_丙烯酸)/ 聚乙二醇P (VM-A-AA)/PEG共混物與氧化還原對碘化物/I2混合，反應得到所述聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇準固態電解質。
3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，依次包括以下步驟步驟(I):將乙烯基咪唑單體、丙烯酸酯類單體、丙烯酸類單體溶于溶劑中；將引發劑溶于溶劑中；向聚乙二醇和溶劑的混合物通入氮氣并升溫；再加入所述乙烯基咪唑單體、 丙烯酸酯類單體與丙烯酸類單體的溶液和所述引發劑溶液，反應得到聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇共混物，該共混物中的聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸) 如化學式(II)所示；
4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇共混物與所述碘化物/I2電解質溶液的重量比為I : (I 9)。
5.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述乙烯基咪唑單體丙烯酸酯類單體丙烯酸類單體引發劑聚乙二醇溶劑的質量比為I : (I. 6 17) (O 6) (O. 043 5) (I. 2 56) (3 40)。
6.如權利要求3所述的制備方法,其特征在于,所述乙烯基咪唑單體是N-乙烯基咪唑； 丙烯酸酯類單體是甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸氟代庚酯、甲基丙烯酸氟代庚酯；丙烯酸類單體是甲基丙烯酸或丙烯酸；所述引發劑是偶氮二異丁腈、過氧化二苯甲酰、偶氮二異庚腈；所述溶劑是四氫呋喃、甲苯、氯仿。
7.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述碘化物/I2電解質溶液中的碘化物I2 :離子液體溶劑的質量比為I : (O. 68 O. 84) (8. 6 10. 7) (42 60)。
8.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟⑵中，所述碘化物是NaI、KI 或LiI ;所述溶劑是Y-丁內酯、乙腈，3-甲氧基丙腈；所述離子液體是I-甲基-3-丁基咪唑碘、1，3_ 二甲基咪唑碘或I-甲基-3-丙基咪唑碘。
9.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于，進一步包括精制步驟在所述步驟(I) 完成后可進行精制步驟，將所述聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇共混物經旋干溶劑后真空干燥至恒重。
10.聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇準固態電解質在制備染料敏化太陽能電池中的應用。
全文摘要
本發明屬于化學及其能源電池技術領域，提出了一種如化學式(I)所示的聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇共混物凝膠電解質及其制備方法和應用。本發明通過聚(乙烯基咪唑-丙烯酸酯-丙烯酸)/聚乙二醇P(VIM-A-AA)/PEG共混物與氧化還原對碘化物/I2混合，制備得到所述準固態電解質。本發明制備方法具有路線簡單，操作條件溫和，產物提純步驟簡單，產率高，易于封裝，無滲漏、壽命長，可廣泛應用于太陽能電池等優點。
文檔編號H01G9/022GK102930987SQ20121034689
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月17日 優先權日2012年9月17日
發明者趙丹, 宋春梅, 韓會景, 王永光, 汪珍, 胡芳芳 申請人:華東師范大學, 上海一帽緊固件有限公司