一种高强韧离子液体凝胶及其制备方法和应用

本发明涉及液体凝胶，具体涉及一种高强韧离子液体凝胶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、离子液体凝胶是一种以离子液体为分散介质、具有三维交联高分子网络结构的软材料。相比于水凝胶，离子液体凝胶具有离子导电、不挥发、热化学稳定、工作温度范围大以及电化学窗口宽等优点。这些特性使得离子液体凝胶在可穿戴电子设备、能量存储设备、驱动器和传感器等柔性电子领域具有广泛的应用前景。

2、在特定应用中，例如锂离子电池，高模量高强韧的离子液体凝胶可以作为聚合物电解质隔膜，有效抑制锂枝晶的生长并抵抗外部冲击，从而缓解短路等安全问题。然而，目前大多数离子液体凝胶的力学性能普遍较差，这限制了其在更多领域的应用。为了解决这一问题，科研人员正在基于双网络、点击化学等设计原理开发新型离子液体凝胶，但目前仍存在性能提升有限、材料体系复杂以及制备工艺繁琐等问题。且目前发展的离子凝胶力学强度很少能够达到1mpa，发展一种简单便捷的方法构筑高强韧离子液体凝胶仍是挑战。

3、因此，有必要开发一种高强韧离子液体凝胶及其制备方法和应用，简化制备工艺的同时，提高液体凝胶的力学性能。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种高强韧离子液体凝胶及其制备方法和应用，简化制备工艺的同时，提高液体凝胶的力学性能。

2、本发明的发明构思为：将磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯和丙烯酰胺在1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯溶剂中进行共聚，可形成离子液体凝胶，由于丙烯酰胺与1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯溶剂的相容性不如磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯与1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯溶剂，二者共聚网络中存在丙烯酰胺结构单元富集区丙烯酰胺结构单元富集区内存在大量氢键作用，这种氢键作用可以对凝胶网络起到很好的增强增韧作用。但受到离子液体溶剂化作用，聚合物链中丙烯酰胺结构单元与离子液体溶剂之间还存在大量氢键，这些属于无效氢键，并不能强化凝胶网络。因此，抑制这种无效氢键，增强丙烯酰胺结构单元的富集可进一步提升离子液体凝胶的力学性能。为了提高力学性能，在共聚体系中加入单体n-异丙基丙烯酰胺来调节形成聚合物的链结构，由于单体n-异丙基丙烯酰胺可以很好的与磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯和丙烯酰胺单体进行共聚。并且，这种共聚单体含有适当尺寸的疏水基团，既能屏蔽溶剂中大尺寸极性基团的干扰，又不影响凝胶过程中聚合物链间有效氢键的形成。n-异丙基丙烯酰胺的酰胺键上含有两个尺寸较小的疏水甲基，且与离子液体溶剂具有很好的相容性，可以用作调节单体调控聚合物的链结构，从而使离子液体溶剂中的阳离子和阴离子远离丙烯酰胺结构单元，增强丙烯酰胺的富集。

3、本发明的第一方面提供一种高强韧离子液体凝胶。

4、具体的，所述高强韧离子液体凝胶的原料包括：磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺、交联剂、光引发剂、溶剂。

5、优选的，按重量份数计，所述磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯1～5份、丙烯酰胺0.6～1份、n-异丙基丙烯酰胺0.1～1.2份、交联剂0.01～0.1份、光引发剂0.01～0.1份、溶剂2～6份。

6、进一步优选的，按重量份数计，所述磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯1～3份、丙烯酰胺0.7～0.9份、n-异丙基丙烯酰胺0.3～0.9份、交联剂0.01～0.05份、光引发剂0.01～0.05份、溶剂3～5份。

7、更进一步优选的，按重量份数计，所述磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯2份、丙烯酰胺0.8份、n-异丙基丙烯酰胺0.4份、交联剂0.01份、光引发剂0.01份、溶剂4份。

8、优选的，所述交联剂包括n,n’-亚甲基双丙烯酰胺。

9、优选的，所述光引发剂包括2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。

10、优选的，所述溶剂包括1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯。

11、本发明的第二方面提供一种高强韧离子液体凝胶的制备方法。

12、具体的，包括以下步骤：

13、(1)先加入溶剂，再依次加入磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺、交联剂和光引发剂，室温搅拌溶解，再进行超声除去气泡，制得混合溶液；

14、(2)将混合溶液倒入模具中，进行紫外光照射，引发自由基聚合，制得高强韧离子液体凝胶。

15、优选的，步骤(1)中，所述超声的频率为30～50hz，时间为1～10min。

16、进一步优选的，步骤(1)中，所述超声的频率为35～45hz，时间为1～5min。

17、更进一步优选的，步骤(1)中，所述超声的频率为40hz，时间为5min。

18、优选的，步骤(2)中，所述紫外光照射的时间为1～10min。

19、进一步优选的，步骤(2)中，所述紫外光照射的时间为1～5min。

20、更进一步优选的，步骤(2)中，所述紫外光照射的时间为5min。

21、优选的，步骤(2)中，所述模具为玻璃模具。

22、本发明的第三方面提供一种高强韧离子液体凝胶在锂离子电池领域中的应用。

23、优选的，所述高强韧离子液体凝胶在锂离子电池领域中聚合物电解质隔膜的应用。

24、相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

25、本发明通过在磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯共聚体系中加入单体n-异丙基丙烯酰胺，形成聚合物的链结构，从而使离子液体溶剂中的阳离子和阴离子远离丙烯酰胺结构单元，增强丙烯酰胺的富集，从而提高离子液体凝胶的力学性能。并且本发明使用的材料体系更简单，制备方法更便捷。

技术特征：

1.一种高强韧离子液体凝胶，其特征在于，所述高强韧离子液体凝胶的原料包括：磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、n-异丙基丙烯酰胺、交联剂、光引发剂、溶剂。

2.根据权利要求1所述的高强韧离子液体凝胶，其特征在于，按重量份数计，所述磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯1～5份、丙烯酰胺0.6～1份、n-异丙基丙烯酰胺0.1～1.2份、交联剂0.01～0.1份、光引发剂0.01～0.1份、溶剂2～6份。

3.根据权利要求1所述的高强韧离子液体凝胶，其特征在于，所述交联剂包括n,n’-亚甲基双丙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述的高强韧离子液体凝胶，其特征在于，所述光引发剂包括2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮。

5.根据权利要求1所述的高强韧离子液体凝胶，其特征在于，所述溶剂包括1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯。

6.权利要求1至5中任一项所述的高强韧离子液体凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述超声的频率为30～50hz，时间为1～10min。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述紫外光照射的时间为1～10min。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述模具为玻璃模具。

10.权利要求1至5中任一项所述的高强韧离子液体凝胶在锂离子电池领域中的应用。

技术总结本发明涉及液体凝胶技术领域，具体公开了一种高强韧离子液体凝胶及其制备方法和应用。高强韧离子液体凝胶的原料包括：磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、N‑异丙基丙烯酰胺、交联剂、光引发剂、溶剂。本发明通过在磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和1‑乙基‑3‑甲基咪唑硫酸乙酯共聚体系中加入单体N‑异丙基丙烯酰胺，形成聚合物的链结构，从而使离子液体溶剂中的阳离子和阴离子远离丙烯酰胺结构单元，增强丙烯酰胺的富集，从而提高离子液体凝胶的力学性能。并且本发明使用的材料体系更简单，制备方法更便捷。技术研发人员：辛月,陈寿森,李观令受保护的技术使用者：五邑大学技术研发日：技术公布日：2024/9/17