北京大学翟茂林教授课题组：咪唑六氟磷酸盐聚离子液体凝胶电解质的辐射合成及性能研究

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聚离子液体是以离子液体为重复单元的一类聚电解质，兼具离子液体的独特性质和高分子的力学性能，具有电导率高、电化学窗口宽、挥发性低、热稳定性好等优点，有望用于开发高性能柔性电解质及相关柔性电子设备。因此研究聚离子液体凝胶电解质的合成及其性能具有重要意义。

基于上述背景，北京大学化学与分子工程学院翟茂林教授课题组采用γ射线辐射方法，以1-乙烯基-3-烷基咪唑六氟磷酸盐(C_nvimPF₆)为单体，1,1'-(1,6亚己基)-双(3-乙烯基咪唑)六氟磷酸盐为交联剂，混合碳酸酯为溶剂制备得到有机聚离子液体凝胶(PC_nvimPF₆)，并研究了其辐射聚合、交联的规律，咪唑阳离子单体中的烷基链越长越有利于交联反应 (图1)。热重分析(图2)表明形成凝胶电解质后，凝胶电解质的热稳定性有了明显提高。

图1  PC_nvimPF₆ 的凝胶分数及平衡溶胀度与吸收剂量的关系

图2  (a) PC₆vimPF₆ 干凝胶; (b) PC₁₂vimPF₆ 干凝胶; (c) PC₁₂vimPF₆ 凝胶; (d) PC₆vimPF₆ 凝胶; (e) 混合碳酸酯溶剂的TGA曲线

在此基础上，在单体溶液中加入六氟磷酸锂，一步辐射法制备得到亲脂性的PC_nvimPF₆-LiPF6凝胶电解质(PC_nvimPF₆-Li GPE)(图3)。

图3  PC_nvimPF₆-Li GPE的合成示意图

辐射合成的PC_nvimPF₆-Li GPE具有良好的力学性能和高离子电导率，通过改变单体侧链长度，单体及交联剂浓度可优化合成凝胶的性能。提高烷基侧链长度，单体浓度及交联剂浓度有利于提高合成凝胶的力学性能(图4)，减小单体浓度有利于提高电导率, 而交联剂浓度影响不大(图5)。研究表明，PC_nvimPF₆-Li GPE的力学性能主要与交联密度有关，而电导率主要与聚离子液体网络、可移动离子和包含溶剂的比例有关。

图 4  单体浓度及交联剂含量对PC_nvimPF₆-Li GPE力学性能的影响

图5  单体浓度及交联剂含量对PC_nvimPF₆-Li GPE电导率的影响

李幸晓硕士研究生是该论文的第一作者，翟茂林教授为通讯作者。该项工作得到国家自然科学基金(基金号11375019)的资助。

论文链接：

http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2017.17210

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