本發(fā)明涉及儲(chǔ)能復(fù)合材料，尤其涉及一種樹脂基電解質(zhì)及其制備方法和在結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能復(fù)合材料中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、近年來，新能源車輛、航空航天及電子設(shè)備的快速發(fā)展對(duì)材料提出了更高的要求，特別是在輕量化、功能集成化和可靠性等方面。結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能復(fù)合材料因其兼具儲(chǔ)能與力學(xué)承載功能，成為研究與開發(fā)的熱點(diǎn)。作為這種多功能復(fù)合材料的關(guān)鍵組件，樹脂基電解質(zhì)不僅承擔(dān)離子傳導(dǎo)的核心任務(wù)，還具備優(yōu)異的機(jī)械性能。
2、然而，現(xiàn)有樹脂基電解質(zhì)中由于離子液體和鋰鹽分散不均及電解質(zhì)層與電極界面之間的接觸不良，鋰離子的傳輸效率受到限制，從而導(dǎo)致離子導(dǎo)電率低；大量離子液體和鋰鹽的加入也使得樹脂基電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度降低、力學(xué)性能受限，不能兼顧儲(chǔ)能與力學(xué)性能的需求。另外，現(xiàn)有樹脂基電解質(zhì)的制備方法還存在材料分散難度大、填充時(shí)易出現(xiàn)氣泡以及固化時(shí)間長、方法效率低的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種樹脂基電解質(zhì)及其制備方法和在結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能復(fù)合材料中的應(yīng)用，以解決現(xiàn)有樹脂基電解質(zhì)材料不能平衡儲(chǔ)能與力學(xué)性能以及制備方法效率低的問題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：
3、本發(fā)明提供了一種樹脂基電解質(zhì)，包括環(huán)氧基體和固化劑；所述環(huán)氧基體和固化劑的質(zhì)量比為1:0.1～1；
4、以所述環(huán)氧基體的質(zhì)量為100％計(jì)，所述環(huán)氧基體包括以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的原料：環(huán)氧樹脂60～80％、離子液體10～20％、鋰鹽5～15％、功能性聚合物1～15％和納米填料1～10％。
5、優(yōu)選的，所述環(huán)氧樹脂包括主樹脂，所述主樹脂包括雙酚a型環(huán)氧樹脂、雙酚f型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂和脂肪族環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。
6、優(yōu)選的，所述環(huán)氧樹脂還包括輔助樹脂；所述輔助樹脂包括柔性環(huán)氧樹脂、聚氨酯改性環(huán)氧樹脂和脂環(huán)族環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。
7、優(yōu)選的，所述離子液體包括1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲磺酰)亞胺鹽、1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲磺酰)亞胺鹽、1-甲基-3-乙基咪唑雙(三氟甲磺酰)亞胺鹽和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽中的一種或幾種。
8、優(yōu)選的，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、雙(三氟甲磺酰)亞胺鋰、三氟甲磺酸鋰、雙氟甲磺酰亞胺鋰和草酸硼酸鋰中的一種或幾種；所述功能性聚合物包括磺化聚醚醚酮、磺化聚苯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛和聚乙二醇二縮水甘油醚中的一種或幾種；所述納米填料包括納米二氧化硅、納米氧化鋁、納米氧化鈦、納米氮化硼和納米纖維素中的一種或幾種。
9、優(yōu)選的，所述固化劑包括改性胺固化劑593或促進(jìn)型固化劑。
10、優(yōu)選的，所述促進(jìn)型固化劑包括固化試劑和促進(jìn)試劑，所述固化試劑包括甲基四氫苯酐、異佛爾酮二胺、甲基納迪克酸酐、甲基六氫苯酐或三乙胺；所述促進(jìn)試劑包括2-乙基-4-甲基咪唑、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、四丁基溴化銨、咪唑、苯基膦酸三乙酯和4-甲基咪唑中的一種或幾種。
11、本發(fā)明提供了上述樹脂基電解質(zhì)的制備方法，包括以下制備步驟：
12、將鋰鹽與離子液體混合，得到鋰鹽-離子液體溶液；
13、將環(huán)氧樹脂、功能性聚合物和納米填料混合，得到基體溶液；
14、將所述鋰鹽-離子液體溶液加入基體溶液中，得到前驅(qū)體溶液；
15、將前驅(qū)體溶液和固化劑混合，得到樹脂基電解質(zhì)前驅(qū)體；
16、將所述樹脂基電解質(zhì)前驅(qū)體進(jìn)行真空脫氣后固化，得到樹脂基電解質(zhì)。
17、優(yōu)選的，當(dāng)所述固化劑為改性胺固化劑時(shí)，所述固化的條件為一次性固化，固化溫度為110～130℃，時(shí)間為10～30min，壓力為5～10mpa；當(dāng)所述固化劑為促進(jìn)型固化劑時(shí)，所述固化條件包括初固和后固，所述初固的溫度為90～130℃，時(shí)間為0.5～3h，所述后固的溫度為120～150℃，時(shí)間為0.5～3h，所述固化的壓力為5～10mpa。
18、本發(fā)明提供了上述樹脂基電解質(zhì)或上述制備方法制備得到的樹脂基電解質(zhì)在結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能復(fù)合材料中的應(yīng)用。
19、本發(fā)明的有益效果：
20、本發(fā)明在環(huán)氧樹脂基體中引入特定比例的離子液體、鋰鹽、功能性聚合物和納米填料，通過對(duì)離子液體和鋰鹽的配比進(jìn)行優(yōu)化，不僅可在離子液體的高遷移率和鋰鹽提供自由鋰離子濃度之間達(dá)到最佳平衡，提高導(dǎo)電率，而且能提高離子液體與環(huán)氧樹脂基體的界面相容性，形成均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，降低界面阻抗，另外離子液體中的有機(jī)陽離子可以穩(wěn)定鋰鹽中的自由陰離子，從而減少自由鋰離子被捕獲的概率，增強(qiáng)離子遷移率；通過在配方中添加納米填料，納米填料與基體的界面結(jié)合，可以增強(qiáng)體系的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，從而增強(qiáng)樹脂基電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本發(fā)明采用復(fù)合配方使得樹脂基電解質(zhì)的拉伸強(qiáng)度達(dá)到60mpa，同時(shí)保持良好的延展性。
21、本發(fā)明在制備樹脂基電解質(zhì)的過程中使用改性胺固化劑或促進(jìn)型固化劑，其中促進(jìn)型固化劑在傳統(tǒng)的固化試劑的基礎(chǔ)上引入促進(jìn)試劑，促進(jìn)試劑通過提供額外的催化活性中心，加速環(huán)氧樹脂與固化劑之間的交聯(lián)反應(yīng)，從而顯著縮短固化時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速固化，固化時(shí)間減少50％，減少了生產(chǎn)周期，提高了固化效率，同時(shí)確保大面積制備的均勻性，增強(qiáng)了最終樹脂基電解質(zhì)的力學(xué)強(qiáng)度和離子導(dǎo)電率，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能與力學(xué)性能的雙重優(yōu)化。
22、在使用本發(fā)明樹脂基電解質(zhì)制備結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能復(fù)合材料時(shí)，本發(fā)明還通過真空輔助樹脂傳遞模塑(vartm)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)樹脂基電解質(zhì)在復(fù)合材料中的均勻分布，從而提升結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能復(fù)合材料的電化學(xué)性能和機(jī)械性能。
1.一種樹脂基電解質(zhì)，其特征在于，包括環(huán)氧基體和固化劑；所述環(huán)氧基體和固化劑的質(zhì)量比為1:0.1～1；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基電解質(zhì)，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂包括主樹脂，所述主樹脂包括雙酚a型環(huán)氧樹脂、雙酚f型環(huán)氧樹脂、酚醛環(huán)氧樹脂和脂肪族環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的樹脂基電解質(zhì)，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂還包括輔助樹脂；所述輔助樹脂包括柔性環(huán)氧樹脂、聚氨酯改性環(huán)氧樹脂和脂環(huán)族環(huán)氧樹脂中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基電解質(zhì)，其特征在于，所述離子液體包括1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲磺酰)亞胺鹽、1-丁基-3-甲基咪唑雙(三氟甲磺酰)亞胺鹽、1-甲基-3-乙基咪唑雙(三氟甲磺酰)亞胺鹽和1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基電解質(zhì)，其特征在于，所述鋰鹽包括六氟磷酸鋰、雙(三氟甲磺酰)亞胺鋰、三氟甲磺酸鋰、雙氟甲磺酰亞胺鋰和草酸硼酸鋰中的一種或幾種；所述功能性聚合物包括磺化聚醚醚酮、磺化聚苯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛和聚乙二醇二縮水甘油醚中的一種或幾種；所述納米填料包括納米二氧化硅、納米氧化鋁、納米氧化鈦、納米氮化硼和納米纖維素中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的樹脂基電解質(zhì)，其特征在于，所述固化劑包括改性胺固化劑593或促進(jìn)型固化劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的樹脂基電解質(zhì)，其特征在于，所述促進(jìn)型固化劑包括固化試劑和促進(jìn)試劑，所述固化試劑包括甲基四氫苯酐、異佛爾酮二胺、甲基納迪克酸酐、甲基六氫苯酐或三乙胺；所述促進(jìn)試劑包括2-乙基-4-甲基咪唑、2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚、四丁基溴化銨、咪唑、苯基膦酸三乙酯和4-甲基咪唑中的一種或幾種。
8.權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述樹脂基電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，包括以下制備步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，當(dāng)所述固化劑為改性胺固化劑時(shí)，所述固化的條件為一次性固化，固化溫度為110～130℃，時(shí)間為10～30min，壓力為5～10mpa；當(dāng)所述固化劑為促進(jìn)型固化劑時(shí)，所述固化條件包括初固和后固，所述初固的溫度為90～130℃，時(shí)間為0.5～3h，所述后固的溫度為120～150℃，時(shí)間為0.5～3h，所述固化的壓力為5～10mpa。
10.權(quán)利要求1～7任一項(xiàng)所述的樹脂基電解質(zhì)或權(quán)利要求8～9任一項(xiàng)所述制備方法制備得到的樹脂基電解質(zhì)在結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能復(fù)合材料中的應(yīng)用。