CN101935398A - 一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料及其制备方法 - Google Patents
一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料及其制备方法，包括阳离子和阴离子，该阳离子是氢离子或者金属离子中的至少一种离子和有机分子结合形成的复合阳离子，该阴离子是连接在含芳香苯环聚合物侧链上的含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子。与现有技术相比，本发明的聚离子液体隔膜材料具有离子液体不易流失、导电率不依靠水，可阻挡OH-阴离子、甲醇或者钒离子穿透等优点，可以形成具有强离子活性、高化学稳定性、低离子激活能以及易于吸附有机极性溶剂稳定的离子通道，是一种可以应用于锂离子电池、二次锂离子电池、甲醇燃料电池、液流电池、电渗析水处理、原子能工业及分析、催化合成和氯碱工业等多种领域的理想隔膜材料。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种高导电的含氟聚离子液体隔膜材料及其制备方法，可以应用于锂离子电池、二次锂离子电池、甲醇燃料电池、液流电池、电渗析水处理和氯碱工业等多种领域中。
背景技术
进入21世纪以来，能源问题日益成为制约人类可持续发展的核心问题。为解决能源危机，实现经济的快速增长和社会的可持续发展，新型能源、新型绿色环保材料逐渐受到各国政府的重视，从而得到了大力的支持和发展。电池工业，尤其是以锂离子电池为代表的电池工业就是其中的一个闪光点。锂离子电池以其使用方便、比能量高、无充放电记忆、储电量大、体积小、质量轻及循环寿命长等优点，已被广泛应用在移动电话、手提电脑、照相机以及摄像机等电子产品中，并且应用领域仍在不断扩展，发展潜力十分巨大。
电池的发展取决于电池材料的发展。隔膜是电池中一个重要的不可缺少的组件，被称为电池的“第三电极”，在锂离子电池中主要起两个重要的作用：第一，隔开锂离子电池的正极和负极，防止正负极接触形成短路；第二，隔膜中的微孔形成离子导电通道，能够让锂离子通过，形成充放电回路。隔膜的性能直接影响着电池的放电容量、循环使用寿命以及安全性能等特性。
目前，锂离子电池隔膜材料主要有聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)单层微孔膜，以及由PP和PE复合的多层微孔膜。现在，世界上只有日本、美国等少数几个国家拥有锂离子电池聚合物隔膜的生产技术和相应的规模化产业。我国在锂离子电池隔膜的研究与开发方面起步较晚，锂离子电池隔膜主要仍然依赖进口，导致市场价格高居不下，因此我国每年都要花费巨额资金进口锂离子电池的隔膜材料。
锂离子电池隔膜要形成快捷的离子导电通道目前主要存在三种方法：(1)液态的锂盐电解质溶液吸附在具有微孔结构的聚丙烯或者聚乙烯薄膜中；(2)锂盐电解质溶液与具有离子传输性能的聚合物体系(如PEO、PVDF-HFP等)充分浸润形成凝胶的全固态凝胶聚合物离子导电通道；(3)聚合物的主侧链上连接强极型基团，相分离成连续的离子通道，如Nafion基全氟磺酸离子交换膜，锂盐阴离子可以是BF4 -、AsF6 -、PF6 -、TFSI-、CF3COO-、CF3SO3 -(Tf-)阴离子等。然而，这些方法均存在待于提高之处，如方法(1)离子导电率高，被广泛应用，但是锂离子电池中的液态电解质有可能泄漏而存在安全隐患；方法(2)虽然克服了液态电解质的漏液问题，但是机械性能差；方法(3)的材料有良好的安全性和机械性能，但是成本高、离子导电率低。
二次锂离子电池是20世纪80年代末出现的绿色高能电池，是指锂离子在正负极之间穿行，反复充放电，可循环使用的电池。二次锂离子电池具有电压高、容量大、循环寿命长、无污染等优点，在手机、笔记本电脑、数码相机、电动自行车和汽车、太空技术、国防工业等众多领域具有广阔的应用前景，成为近年来能源研究和开发的重点之一。
隔膜也是二次锂离子电池的重要组成部分，隔膜的结构直接决定其内阻的大小，而且能显著地影响二次锂离子电池的容量、循环性能及充放电效率。目前，在二次锂离子电池中应用的聚合物隔膜普遍采用Celgard2400隔膜，虽然其机械性能好而且能有效地防止正负极之间短路，但是由于隔膜中微孔的孔径小、孔隙率低，因而导致吸液量低，限制了锂离子的迁移率，不利于二次锂离子电池的大电流放电。
除了锂离子电池及二次锂离子电池外，高离子导电的隔膜材料还能应用于甲醇燃料电池、液流电池、电渗析水处理(如工业用水及苦水脱盐、纯水制备等)、渗透汽化、气体分离、扩散渗析(如回收废酸、废碱等)、化工轻工及医药行业的产品浓缩、提取和精制、原子能工业及分析、催化合成和氯碱工业中。
氟磺酸基离子交换膜(如Nafion基的复合膜)是现在工业中使用的最普遍的隔膜材料。但它们合成工艺复杂、价格昂贵、离子通道尺寸和离子导电性不稳定，在氯碱工业，甲醇燃料电池和液流电池的应用中分别有OH-阴离子、甲醇和钒离子穿透的问题；另外，现有的Nafion类氟磺酸基离子交换膜的导电性依靠水的存在，因此不能用于高于100℃的高效燃料电池或者无水锂电池。
Fernicola等人在Journal of Physical Chemistry杂志2007年第八卷第1103-1107页发表了题为“New types of bronsted acid-base ionic liquids-based membranes for applications in PEMFCs”的文章，利用质子型离子液体掺入聚合物制成了质子导电膜。他们先用2-甲基吡咯啉(MPn)、1-甲基吡唑(MPz)、1-甲基吡咯烷(MPy)、1-甲基咪唑(MIm)和1-乙基咪唑(EIm)分别与HN(SO2CF3)2(HTFSI)反应制得了B
酸型离子液体MPnTFSI，MPzTFSI，MPyTFSI，MImTFSI，EImTFSI，然后进一步与PVDF-HFP进行复合制成离子隔膜。
上述质子型离子液体中，离子液体MPnTFSI，MPzTFSI，MImTFSI，EImTFSI在100℃时电导率能达到10-2S/cm，将它们掺入PVDF-HFP为主体的聚合物膜中，其电导率仍能保持在10-2S/cm，并且能够一直保持稳定到140℃。但是这些基于小分子离子液体复合的离子交换膜，虽然有不依靠水的高离子导电性，但其离子液体成分在使用过程中仍容易流失。
作为Nafion类氟磺酸基离子交换膜的替代品，磺化的无氟芳香高分子膜已被合成出来。常用的主要有聚苯乙烯、聚苯甲基硅烷、聚苯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯并咪唑(PBI)、聚苯基奎宁等及其衍生物。
上述磺化的芳香高分子膜的质子导电性能和阻挡甲醇的性能取决于该芳香高分子的主链结构以及在离子通道中引入的水的活性。由于离子通道的不稳定性，该类高分子膜阻挡甲醇的性能不是很高。另外，离子的导电性受到苯磺酸基较弱酸性以及阳离子活性在无水的条件下低的限制，无法在无水的环境下使用。引入小分子的磷酸复合虽然能提高电导率，但是，磷酸在使用过程中易于流失。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料及其制备方法，该高导电的含氟聚离子液体隔膜材料可以应用于锂离子电池、二次锂离子电池、甲醇燃料电池、液流电池、电渗析水处理(如工业用水及苦水脱盐、纯水制备等)、渗透汽化、气体分离、扩散渗析(如回收废酸、废碱等)、化工轻工及医药行业的产品浓缩、提取和精制、原子能工业及分析、催化合成和氯碱工业中。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料，包括阳离子和阴离子，该阳离子是氢离子和金属离子中的至少一种离子和有机分子结合形成的复合阳离子，该阴离子是连接在含芳香苯环聚合物侧链上的含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子，其分子式是-[(Ar)-Rf-SO3 -]n-或者-[(Ar)-Rf-SO2N-SO2Rf’]n-，其中-(Ar)n-指代含有芳香基团的高分子材料，Rf指代-CnF2n-或者-[CF2CF2]nOCF2CF2-，n是1到40的整数。
为优化上述技术方案，采取的措施还包括：
上述含芳香苯环聚合物是聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳香酰胺和聚芳香酰亚胺中的一种或两种以上的组合物。
上述阳离子是氢离子、锂离子、镁离子和锌离子中的至少一种离子和有机分子结合形成的复合阳离子。
上述有机分子是烷基取代的含氮杂环。
上述烷基取代的含氮杂环是2-甲基吡咯啉、1-甲基吡唑、1-甲基吡咯烷、1-甲基咪唑或者1-乙基咪唑。
本发明一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料的制备方法包括如下步骤：
步骤1：合成含氟磺酸基团的活性中间体，其分子式是XRfSO2NMSO2Rf’，其中X为碘或溴，M为金属元素，Rf指代-CnF2n-或者-[CF2CF2]nOCF2CF2-，n为1到40的整数；或者合成含氟磺酰亚胺的活性中间体，其分子式是XRfSO2NMRf’，其中X为碘或者溴，M为金属元素，Rf指代-CnF2n-或者-[CF2CF2]nOCF2CF2-，Rf’指代ZCnF2n-，Z为氢、氟或者氯，n为1到40的整数，包括1和40；
步骤2：通过金属存在下的偶联反应，把步骤1得到的活性中间体接到含芳香苯环聚合物的侧链上，生成含氟磺酸基团或者含氟磺酰亚胺的聚电解质高分子材料，该高分子材料的分子式是-[(Ar)-Rf-SO2NMSO2Rf’]n-或-[(Ar)-Rf-SO3M]n-，其中-(Ar)n-指代带有芳香基团的高分子材料；
步骤3：步骤2得到的聚电解质高分子材料经过离子交换或者中和反应制备含有阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子聚合物；
步骤4：步骤3得到的离子聚合物吸附适量的烷基取代的含氮杂环合成含有复合阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子液体；
步骤5：步骤4得到的离子液体成膜，得到含有复合阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子液体隔膜材料。
其中，步骤1中的M可以为锂、钠、钾、镁、锌或者钙，步骤2中的偶联反应可以是在铜、镍、锌、钯或者低价金属络合物存在下反应的。
与现有技术相比，本发明一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料由于引入了与有机分子结合形成的复合阳离子和连接在含芳香苯环聚合物侧链上的含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子，具有以下优点：
(1)本发明的芳香聚合物离子液体隔膜材料中，含氟阴离子被固定连接在含芳香苯环聚合物的侧链上，因此不易流失。
(2)本发明的芳香聚合物离子液体隔膜材料中，由于引入了与有机分子结合形成的复合阳离子，将拥有高的不依靠水的导电率，能用于100℃以上温度的高效燃料电池或非液态的高性能锂电池中。
(3)本发明的芳香聚合物离子液体隔膜材料中，复合阳离子中的有机分子，例如2-甲基吡咯啉、1-甲基吡唑、1-甲基吡咯烷、1-甲基咪唑和1-乙基咪唑等进入导电隔膜中的离子通道，可以阻挡OH-根阴离子、甲醇和钒离子的通过，克服了现有的氯碱电解池、甲醇燃料电池和液流电池中的隔膜材料存在的OH-阴离子、甲醇或钒离子穿透的问题。
(4)本发明的芳香聚合物离子液体隔膜材料中，使用含氟磺酸基团或者含氟磺酰亚胺的低活性的阴离子基团，超强的阳离子活性，好的化学稳定性，低的离子激活能，易于吸附有机极性溶剂形成稳定的层状或管状离子通道，有希望制备新型的，安全性好，成本中等，离子导电率良好，机械性能高的非液态锂电池隔膜，进而得到高比容量，高放电功率的二次动力锂电池。
因此，本发明一种高导电的含氟聚离子液体隔膜材料除了可以应用在锂离子电池、二次锂离子电池外、还可应用在甲醇燃料电池、液流电池、电渗析水处理(如工业用水、苦水脱盐及纯水制备等)、渗透汽化、气体分离、扩散渗析(如回收废酸、废碱等)、化工轻工及医药行业的产品浓缩、提取和精制、原子能工业及分析、催化合成和氯碱工业。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料，包括阳离子和阴离子，该阳离子是氢离子和金属离子中的至少一种离子和有机分子结合形成的复合阳离子，该阴离子是连接在含芳香苯环聚合物侧链上的含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子，其分子式是-[(Ar)-Rf-SO3]n-或者-[(Ar)-Rf-SO2N-SO2Rf’]n-，其中-(Ar)n-指代含有芳香基团的高分子材料，Rf指代-CnF2n-或者-[CF2CF2]nOCF2CF2-，n是1到40的整数，包括1和40。
其中，阳离子可以是氢离子、锂离子、镁离子和锌离子等中的至少一种离子和烷基取代的含氮杂环形成的复合阳离子。烷基取代的含氮杂环可以是2-甲基吡咯啉、1-甲基吡唑、1-甲基吡咯烷、1-甲基咪唑或者1-乙基咪唑。如下所示是其中的一些阳离子结构。
其中，M+＝H+，Li+，Mg2+，Zn2+；R为烷基。
阴离子是连接在含芳香苯环聚合物侧链上的含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子，如下所示是该阴离子结构。
其中，n是1到40的整数，包括1和40。
本发明一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料的制备方法主要包括如下步骤：步骤1：合成含氟磺酸基团或者含氟磺酰亚胺的的活性中间体
合成含氟磺酸基团的活性中间体，其分子式是XRfSO3M，其中X为碘或者溴，M为金属元素，Rf指代-CnF2n-或者-[CF2CF2]nOCF2CF2-，n为1到40的整数，包括1与40；或者合成含氟磺酰亚胺的活性中间体，其分子式是XRfSO2NMSO2Rf’，其中X为碘或者溴，M为金属元素，Rf指代-CnF2n-或者-[CF2CF2]nOCF2CF2-，Rf’指代ZCnF2n-，Z为氢、氟或者氯，n为1到40的整数，包括1与40；
步骤2：合成含氟磺酸基团或者含氟磺酰亚胺的聚电解质高分子材料
通过金属存在下的偶联反应，把步骤1得到的活性中间体接到含芳香苯环聚合物侧链上，生成含氟磺酸基团或者含氟磺酰亚胺的聚电解质高分子材料，该高分子材料的分子式是-[(Ar)-Rf-SO2NMSO2Rf’]n-或者-[(Ar)-Rf-SO3M]n-，其中-(Ar)n-指代带有芳香基团的高分子材料；
步骤3：合成含阳离子和含氟阴离子的离子聚合物
步骤2得到的聚电解质高分子材料经过离子交换或者中和反应生成含有阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子聚合物；
步骤4：合成含复合阳离子和含氟阴离子的离子液体
步骤3得到的离子聚合物吸附适量的烷基取代的含氮杂环，例如2-甲基吡咯啉、1-甲基吡唑、1-甲基吡咯烷、1-甲基咪唑和1-乙基咪唑等有机分子合成含有复合阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子液体；
步骤5：制备含复合阳离子和含氟阴离子的离子液体隔膜材料
步骤4得到的离子液体通过网布增强、凝胶复合、溶液浇铸或者熔融挤塑等方法成膜，得到含有复合阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子液体隔膜材料。
上述制备方法中，离子交换或者中和反应与成膜过程还可以在以下不同的阶段进行：
(1)在上述步骤2之后，步骤3之前进行成膜，即当上述步骤2得到含氟磺酸基团或者含氟磺酰亚胺的聚电解质高分子材料之后，通过流延、压延、旋涂、喷涂、网布增强、凝胶复合、溶液浇铸或者熔融挤塑等方法将该高分子材料成膜，然后通过步骤3进行离子交换或者中和反应生成含有阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子聚合物隔膜材料，最后吸附适量的烷基取代的含氮杂环，例如2-甲基吡咯啉、1-甲基吡唑、1-甲基吡咯烷、1-甲基咪唑和1-乙基咪唑等有机分子合成含有复合阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子液体隔膜材料。
(2)在上述步骤3之后，步骤4之前进行成膜，即当上述步骤3得到含有阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子聚合物之后，通过流延、压延、旋涂、喷涂、网布增强、凝胶复合、溶液浇铸或者熔融挤塑等方法将该离子液体成膜，得到含有阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子聚合物隔膜材料，然后进行步骤4吸附适量的烷基取代的含氮杂环，合成含有复合阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子液体隔膜材料。
选取碘端基的氟烷醚基磺酰氟(ICF2CF2OCF2CF2SO2F)与聚砜为原料，以上步骤1与步骤2的合成路线如下所示：
其中，Y＝SO3M或者XRfSO2NMSO2Rf’。
碘端基的氟烷醚基磺酰氟(1)合成ICF2CF2OCF2CF2Y(2)，其中，Y＝SO3M或XRfSO2NMSO2Rf’；聚砜(3)经溴化形成溴化聚砜P(SU-mBr)(4)，通过金属存在下的偶联反应，将(2)接到(4)上生成聚电解质高分子材料(5)；(5)首先通过流延、压延、旋涂、喷涂、网布增强、凝胶复合、溶液浇铸或者熔融挤塑等方法成膜，然后经过离子交换或者中和反应生成含有阳离子和氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子聚合物隔膜材料，最后吸附适量的烷基取代的含氮杂环后生成含有复合阳离子和氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子液体隔膜材料。
另一种成膜与离子交换过程是：(5)首先进行离子交换或者中和反应，然后成膜，生成含有阳离子和氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子聚合物隔膜材料，最后吸附适量的烷基取代的含氮杂环后生成含有复合阳离子和氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子液体隔膜材料。
还有一种成膜与离子交换过程是：(5)首先进行离子交换或者中和反应生成含有阳离子和氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子液体，然后吸附适量的烷基取代的含氮杂环后生成含有复合阳离子和氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子液体，最后成膜，生成含有阳离子和氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子液体隔膜材料。
实施例1：
原料：碘端基的氟烷醚基磺酰氟(ICF2CF2OCF2CF2SO2F)与聚砜
步骤1：合成ICF2CF2OCF2CF2SO3K
在300ml烧杯中，将100mMol ICF2CF2OCF2CF2SO2F缓慢加入到含有220mMolKOH，30ml水和10ml乙醇的溶液中，搅拌0.5小时，然后加入30ml乙酸乙酯和10ml水完全溶解生成的黄色固体，分出有机层，水层后继续用20ml乙酸乙酯萃取，合并所有有机溶液，然后蒸发除去溶剂，在70℃真空干燥8小时得到微黄色固体ICF2CF2OCF2CF2SO3K。
步骤2：合成PSU-CF2CF2OCF2CF2SO3H
常温下，在含有聚砜的二氯甲烷溶液中滴入适量的液体溴并搅拌，生成溴化聚砜P(SU-mBr)；在100ml反应器中加入5.0mMol ICF2CF2OCF2CF2SO3K，50mMolCu，2.63克PSU-Br以及100ml二甲亚砜，在干冰浴中抽真空，然后在120℃下搅拌反应，之后静置、过滤，将固体部分用25ml四氢呋喃溶解，随后合并四氢呋喃溶液和二甲亚砜溶液，接着将所得溶液搅拌加入到150ml去离子水中得到白色奶状悬浮液，将其离心分离；
步骤3：合成含有氢离子与氟烷醚基磺酸阴离子的离子聚合物
将步骤2中得到的产物用100毫升的2.5N盐酸洗涤两次，然后再用100ml去离子水洗涤三次；
步骤4：合成含有复合氢离子与聚氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子液体
在步骤3中得到的产物中加入等摩尔的2-甲基吡咯啉(MPn)、1-甲基吡唑(MPz)、1-甲基吡咯烷(Mpy)、1-甲基咪唑(Mim)和1-乙基咪唑，生成含有复合氢离子与氟烷醚基磺酸阴离子的离子液体。
步骤5：成膜
将上述步骤4中得到的离子液体流延在玻璃板上烘干成膜，即得到含有复合氢离子与氟烷醚基磺酸阴离子的离子液体隔膜材料。
实施例2：
原料与实施例1相同，为碘端基的氟烷醚基磺酰氟(ICF2CF2OCF2CF2SO2F)与聚砜。
步骤1：合成ICF2CF2OCF2CF2SO2NMSO2CF3
25ml长颈瓶中加入12.2mMol干燥的KF和2.57mMolCF3SO2NHNa，在100℃下抽真空至2mHg，然后加入1.27克ICF2CF2OCF2CF2SO3F和5ml干燥的乙腈，在-196℃下除去混合物中的挥发性物质，保持温度为60～80℃，搅拌反应两天，之后减压蒸馏除去溶剂，真空干燥得到2.36克固体产物ICF2CF2OCF2CF2SO2N(K)SO2CF3。
步骤2：合成PSU-CF2CF2OCF2CF2SO2N(K)SO2CF3
常温下，在含有聚砜的二氯甲烷溶液中滴入适量的液体溴并搅拌，生成溴化聚砜P(SU-mBr)；在100ml反应器中加入3.0mMol ICF2CF2OCF2CF2SO2N(K)SO2CF3，30mMolCu，1.58克PSU-Br以及80ml二甲亚砜，在干冰浴中抽真空，然后在120℃下搅拌反应，之后静置、过滤，将固体部分用25ml四氢呋喃溶解，随后合并四氢呋喃溶液和二甲亚砜溶液，接着将所得溶液搅拌加入到150ml去离子水中得到白色奶状悬浮液，将其离心分离；
步骤3：合成含有氢离子与聚氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子聚合物
将步骤2中得到的产物与Nafion-H树脂进行离子交换，得到含有氢离子与氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子液体；
步骤4：合成含有复合氢离子与氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子液体
步骤3中得到的离子液体中加入等摩尔的2-甲基吡咯啉、1-甲基吡唑、1-甲基吡咯烷、1-甲基咪唑和1-乙基咪唑，生成含有复合氢离子与氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子液体。
步骤5：成膜
将上述步骤4中得到的离子液体流延在玻璃板上烘干成膜，即得到含有复合氢离子与氟烷醚基磺酰亚胺阴离子的离子液体隔膜材料。
Claims (7)
1.一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料，包括阳离子和阴离子，其特征是：所述的阳离子是氢离子和金属离子中的至少一种离子和有机分子结合形成的复合阳离子，所述的阴离子是连接在含芳香苯环聚合物侧链上的含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子，其分子式是-[(Ar)-Rf-SO3 -]n-或者-[(Ar)-Rf-SO2N-SO2Rf’]n-，其中-(Ar)n-指代含有芳香基团的高分子材料，Rf指代-CnF2n-或者-[CF2CF2]nOCF2CF2-，n是1到40的整数。
2.根据权利要求1所述的一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料，其特征是：所述的含芳香苯环聚合物是聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚苯醚、聚苯硫醚、聚芳香酰胺和聚芳香酰亚胺中的一种或两种以上的组合物。
3.根据权利要求1所述的一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料，其特征是：所述的阳离子是氢离子、锂离子、镁离子和锌离子中的至少一种离子和有机分子结合形成的复合阳离子。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料，其特征是：所述的有机分子是烷基取代的含氮杂环。
5.根据权利要求4所述的一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料，其特征是：所述的烷基取代的含氮杂环是2-甲基吡咯啉、1-甲基吡唑、1-甲基吡咯烷、1-甲基咪唑或者1-乙基咪唑。
6.如权利要求1所述的一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料的制备方法，其特征是：包括如下步骤：
步骤1：合成含氟磺酸基团的活性中间体，其分子式是XRfSO3M，其中X为碘或者溴，M为金属元素，Rf指代-CnF2n-或者-[CF2CF2]nOCF2CF2-，n为1到40的整数；或者合成含氟磺酰亚胺的活性中间体，其分子式是XRfSO2NMSO2Rf’，其中X为碘或者溴，M为金属元素，Rf指代-CnF2n-或者-[CF2CF2]nOCF2CF2-，Rf’指代ZCnF2n-，Z为氢、氟或者氯，n为1到40的整数；
步骤2：通过金属存在下的偶联反应，把步骤1得到的活性中间体接到含芳香苯环聚合物的侧链上，生成含氟磺酸基团或者含氟磺酰亚胺的聚电解质高分子材料，该高分子材料的分子式是-[(Ar)-Rf-SO2NMSO2Rf’]n-或-[(Ar)-Rf-SO3M]n-，其中-(Ar)n-指代带有芳香基团的高分子材料；
步骤3：步骤2得到的聚电解质高分子材料经过离子交换或中和反应合成含有阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子聚合物；
步骤4：步骤3得到的离子聚合物吸附适量的烷基取代的含氮杂环合成含有复合阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子液体；
步骤5：步骤4得到的离子液体成膜，得到含有复合阳离子和含氟磺酸阴离子或者含氟磺酰亚胺阴离子的离子液体隔膜材料。
7.根据权利要求6所述的一种高导电的芳香聚合物离子液体隔膜材料的制备方法，其特征是：所述的步骤5中的成膜方法为流延法、压延法、旋涂法、喷涂法、网布增强法、凝胶复合法、溶液浇铸法或者熔融挤塑法。
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