环氧丙基离子液体与聚醚大分子电解质的合成与性质研究

摘要

高分子固体电解质是一种处于固体状态也能象液体一样溶解支持电解质，并能发生离子迁移现象的高分子材料。目前，其在锂离子电池和染料敏化太阳能电池等电化学器件的研究相当活跃，而对于主链是聚醚结构，侧链带有季铵离子的聚醚大分子电解质未见文献报道。本文制备出了三种环氧丙基离子液体和五种聚醚大分子电解质，并对合成的环氧丙基离子液体和聚醚大分子电解质的电化学性质进行研究。 本论文对三种环氧丙基离子液体的合成进行研究，得到了合成环氧丙基离子液体的最佳条件，通过离子交换得到了含有BF4-阴离子的环氧丙基离子液体；并对合成的环氧丙基离子液体进行了溶解性质和导电性质的研究。结果发现：(1)对N-甲基咪唑、N-甲基吗啡、吡啶而言，当反应温度分别控制在50℃、20℃、20℃，反应时间分别为12h、16h、12h，物料比均为1.2：1时，叔胺化合物的单体转化率达到较高的水平；(2)由N-甲基咪唑和N-甲基吗啉所合成的离子液体的导电性能较好，在水中的室温电导率可以达到3×10-3S·cm-1。同时利用红外光谱和元素分析对所合成的环氧丙基离子液体进行了详细的结构表征。通过红外光谱表征了环氧丙基离子液体中季铵盐结构的生成，以及环氧氯丙烷和叔胺化合物自身特征峰的存在；通过元素分析测定了环氧丙基离子液体中的氮含量，且与理论值一致。 利用聚环氧氯丙烷(PECH)与叔胺化合物(N-甲基咪唑、N-甲基吗啉、吡啶、喹啉和N，N-二甲基苯胺)反应制备出了五种聚醚大分子电解质。通过改变反应条件探讨了聚醚大分子电解质的性质。比较不同因素对聚醚大分子电解质性质的影响，发现溶剂和叔胺的种类是影响聚醚大分子性质的主要因素。结果表明：(1)当反应温度为70~80℃，反应时间为7~9h，反应物配比为1：4，而体系中不加溶剂时，聚环氧氯丙烷的接枝率可以达到70％以上；(2)考察了聚醚大分子电解质在不同溶剂中的溶解能力及导电性；聚醚大分子电解质/I2-KI体系的电导率较之各种纯的聚醚大分子电解质都有所提高；聚醚大分子电解质/I2-KI/离子液体体系的电导率提高到了10-3S·cm-1左右，说明离子液体的加入增加了聚醚大分子电解质与小分子的相容性。利用红外光谱、元素分析、热重分析等手段对合成的聚醚大分子电解质进行了详细的表征。红外光谱表征了聚醚大分子电解质中季铵盐结构的生成，以及聚环氧氯丙烷和叔胺化合物自身特征峰的存在；元素分析测试了聚醚大分子电解质中的氮含量与计算值一致；热重分析表征了生成的各种聚醚大分子电解质的热分解温度，证明其热稳定性较好。