【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能领域，具体涉及一种类渔网状的聚合物电解质及其应用。
技术介绍
1、新型储能电站、新能源汽车和便携式电子设备的快速发展，迫切需要开发高能量密度、长循环寿命和高安全的储能设备来供能。锂离子电池具有质量轻和循环寿命长的优势，成为主流供能设备。然而，由于高毒、易泄露、易燃有机电解液的使用，导致电池存在严重的安全隐患。如果采用锂金属代替石墨等传统商用负极，锂枝晶生长问题会更严重，导致电池的安全问题更加突出。研究表明，用固态聚合物电解质取代液态有机电解质，是一种有效的策略。
2、事实上，固态聚合物电解质不仅可以有效地提升锂电池的安全性，而且其易加工、质量轻、廉价、可薄膜化的特性，能够进一步的提高锂电池的能量密度，并且让锂负极的使用成为可能，将更好的满足人们对高安全、高能量密度储能器件的日益需求。然而，大多数固态聚合物电解质致力于使锂离子均匀沉积到电极表面，忽视对体系中阴离子的调控。根据chazalviel的空间电荷理论，与锂表面的其他部分相比，锂成核位点的突起不仅表现出更高的由阴离子消耗引起的电场，从而吸引了更多的li+，促进li+在尖端的生长，而且由于其高曲率，提供了一个大的表面来不均匀地沉积li+，从而进一步加速了锂枝晶的生长(mater.horiz.,2021,8,12-32.)。因此，除了对li+分布的调控外，如何实现对阴离子分布的有效调控是有效抑制锂枝晶的关键。两性离子聚合物由沿着主链或侧链的阳离子和阴离子部分组成，不仅可以作为li+和阴离子的储层，而且由于两性离子的大偶极矩，可以提高离子电导率。然而
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出一种类渔网状的聚合物电解质及其应用，本专利技术聚合物电解质具有优良的机械性能、高的室温离子电导率、宽的电化学窗口等优势，能够与磷酸铁锂正极、镍钴锰三元高压正极匹配，构筑高安全、高能量密度的固态锂电池，并且能够有效地调控阴阳离子的沉积，抑制锂枝晶的生长，从而实现固态电池循环寿命的大幅提升。此外，由于电解质具有良好的拉伸性，该材料还适用于拉伸、弯折、卷曲等特殊应用场景，应用于柔性可拉伸锂电池，有效降低由电解质被拉断或被锂枝晶刺破造成的短路的风险，提升器件的安全性。
2、为解决现有技术问题，本专利技术采取的技术方案为：
3、一种类渔网状的聚合物电解质，先将锂盐加入增塑剂中，加热搅拌至混合均匀得导离子基质，再向导离子基质中加入丙烯酸酯类单体、两性离子、富含氢键给体基团的交联剂、引发剂，加热搅拌至溶液澄清后，转入磨具中，通过光引发聚合反应或者热引发聚合反应得凝胶态样品，真空干燥过夜，即得到类渔网状的聚合物电解质；所述加热搅拌时，温度均低于100℃；
4、所述两性离子的结构通式为其中，r1为含有c＝c、环氧乙烷官能团的烷基链，r2，r3分别独立为h或-(ch2)xch3，其中，x≥0且为整数，n为整数，表示重复单元数。
5、作为改进的是，所述交联剂的结构通式为其中，a1为-sh、-nh2、或-c＝c-中任一种的重复单元，a2为-nh-或-oh中的一种或多种，波浪线代表连接a1和a2的化学键或小分子链段。
6、作为改进的是，所述锂盐的质量为增塑剂的10-85wt％；所述引发剂的用量为丙烯酸酯类单体摩尔量的0.1-40％，两性离子含量为丙烯酸酯类单体的5-95wt％，交联剂的用量为所述丙烯酸酯类单体双键的总摩尔量的0.1-50％，导离子基质占体系中所有组分的10-80wt％。作为改进的是，所述锂盐为高氯酸锂、硝酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或三氟甲基磺酸锂中的一种或多种混合；
7、所述增塑剂为2-甲基戊二腈、四乙二醇二甲醚、3-羟基戊二腈，三乙二醇二甲醚，1-正丁基-1-甲基吡咯烷二(三氟甲基磺酰)酰亚胺，碳酸乙烯酯，1-甲基-1-丙基吡咯烷双(三氟甲磺酰)亚胺盐，碳酸二甲酯，三丁基甲磷双(三氟甲磺酰)亚胺，丁二腈，戊二腈，环己基三甲铵双(三氟甲磺酰)亚胺，碳酸丙烯酯，1-丁基-3-甲基咪唑二(三氟甲基磺酰)酰亚胺，三丁基(2-甲氧基乙基)磷双三氟甲基磺酰亚胺，或三正丁基甲铵双(三氟甲磺酰)亚胺盐中的一种或多种混合；
8、所述丙烯酸酯类单体为乙氧基乙氧基乙基丙烯酸酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、聚乙二醇单甲醚丙烯酸酯、丙烯酸-2-甲氧乙基酯、烯丙基硼酸频哪醇酯、丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸丁酯、或甲基丙烯酸异丁酯中的一种或多种混合；
9、所述引发剂为光引发剂或热引发剂。
10、作为改进的是，当引发剂为光引发剂时，具体为2,4-二羟基二苯甲酮、芳酰基膦氧化物、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、双苯甲酰基苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、α，α-二乙氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、异丙基硫杂蒽酮、硫代丙氧基硫杂蒽酮、二苯基乙酮、α-胺烷基苯酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、安息香、安息香丁醚、安息香双甲醚、安息香异丙醚、安息香乙醚、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、米蚩酮中一种或多种混合；
11、所述引发剂为热引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二异丙苯、过硫酸铵、过氧化二碳酸二异丙酯偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化甲乙酮或过氧化环己酮中的一种或多种混合；
12、无论是光引发剂还是热引发剂，其含量应当适量，引发剂过多将导致聚合反应过快，聚合物分子量降低，聚合物柔韧性变差，以及成本增加等。光引发剂过少将导致聚合不充分，聚合物成膜性差甚至无法成膜。
13、作为改进的是，所述热引发聚合反应的温度为40-100℃。
14、上述任一种所述的类渔网状的聚合物电解质在制备刚性/柔性可拉伸储能器件(如锂电池)上的应用。
15、作为改进的是，所述应用为将权利要求1所制备的类渔网状的聚合物电解质分别与正、负极结合得到结构为正极/电解质/负极的锂电池。
16、本专利技术在聚两性离子链段中引入柔性链段的同时，引入设计合成的富含氢键的新型交联剂，通过化学交联及聚合物链之间氢键作用的物理交联的协同作用，构筑类渔网状具有协同调节阴阳离子功能的聚合物电解质，有效的抑制锂枝生长，同时实现两性离子聚合物电解质力学性能和电化学性能的平衡，解决本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种类渔网状的聚合物电解质，其特征在于，先将锂盐加入增塑剂中，加热搅拌至混合均匀得导离子基质，再向导离子基质中加入丙烯酸酯类单体、两性离子、富含氢键给体基团的交联剂、引发剂，加热搅拌至溶液澄清后，转入磨具中，通过光引发聚合反应或者热引发聚合反应得凝胶态样品，真空干燥过夜，即得到类渔网状的聚合物电解质；所述加热搅拌时，温度均低于100℃；
2.根据权利要求1所述的一种类渔网状的聚合物电解质，其特征在于，所述交联剂的结构通式为其中，A1为-SH、-NH2、或-C＝C-中任一种的重复单元，A2为NH-或-OH中的一种或多种，波浪线代表连接A1和A2的化学键或小分子链段。
3.根据权利要求1所述的一种类渔网状的聚合物电解质，其特征在于，所述锂盐的质量为增塑剂的10-85wt％；所述引发剂的用量为丙烯酸酯类单体摩尔量的0.1-40％，两性离子含量为丙烯酸酯类单体的5-95wt％，交联剂的用量为所述丙烯酸酯类单体双键的总摩尔量的0.1-50％，导离子基质占体系中所有组分的10-80wt％。
4.根据权利要求1所述的一种类渔网状的聚合物电解质，其特征在于
5.根据权利要求4所述的一种类渔网状的聚合物电解质，其特征在于，当引发剂为光引发剂时，具体为2,4-二羟基二苯甲酮、芳酰基膦氧化物、2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯基]-1-丙酮、双苯甲酰基苯基氧化膦、1-羟基环己基苯基甲酮、α，α-二甲氧基-α-苯基苯乙酮、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、α，α-二乙氧基苯乙酮、α-羟烷基苯酮、异丙基硫杂蒽酮、硫代丙氧基硫杂蒽酮、二苯基乙酮、α-胺烷基苯酮、2,4,6-三甲基苯甲酰基-二苯基氧化膦、安息香、安息香丁醚、安息香双甲醚、安息香异丙醚、安息香乙醚、2,4,6-三甲基苯甲酰基苯基膦酸乙酯、二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、米蚩酮中一种或多种混合；所述引发剂为热引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化二异丙苯、过硫酸铵、过氧化二碳酸二异丙酯偶氮二异丁酸二甲酯、过氧化苯甲酰、偶氮二异丁基脒盐酸盐、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化甲乙酮或过氧化环己酮中的一种或多种混合。
6.根据权利要求1所述的一种类渔网状的聚合物电解质，其特征在于，所述热引发聚合反应的温度为40-100℃。
7.基于权利要求1-6中任一种所述的类渔网状的聚合物电解质在制备刚性/柔性可拉伸储能器件上的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用为将权利要求1所制备的类渔网状的聚合物电解质分别与正、负极结合得到结构为正极/电解质/负极的锂电池。
...【技术特征摘要】
1.一种类渔网状的聚合物电解质，其特征在于，先将锂盐加入增塑剂中，加热搅拌至混合均匀得导离子基质，再向导离子基质中加入丙烯酸酯类单体、两性离子、富含氢键给体基团的交联剂、引发剂，加热搅拌至溶液澄清后，转入磨具中，通过光引发聚合反应或者热引发聚合反应得凝胶态样品，真空干燥过夜，即得到类渔网状的聚合物电解质；所述加热搅拌时，温度均低于100℃；
2.根据权利要求1所述的一种类渔网状的聚合物电解质，其特征在于，所述交联剂的结构通式为其中，a1为-sh、-nh2、或-c＝c-中任一种的重复单元，a2为nh-或-oh中的一种或多种，波浪线代表连接a1和a2的化学键或小分子链段。
3.根据权利要求1所述的一种类渔网状的聚合物电解质，其特征在于，所述锂盐的质量为增塑剂的10-85wt％；所述引发剂的用量为丙烯酸酯类单体摩尔量的0.1-40％，两性离子含量为丙烯酸酯类单体的5-95wt％，交联剂的用量为所述丙烯酸酯类单体双键的总摩尔量的0.1-50％，导离子基质占体系中所有组分的10-80wt％。
4.根据权利要求1所述的一种类渔网状的聚合物电解质，其特征在于，所述锂盐为高氯酸锂、硝酸锂、二草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、六氟磷酸锂、六氟砷酸锂、四氟硼酸锂、双三氟甲基磺酰亚胺锂或三氟甲基磺酸锂中的一种或多种混合；
5.根据权利要求4所述的一种类...
【专利技术属性】
技术研发人员：赖文勇，王师，刘重阳，卢欣鑫，李双菡，吴欣怡，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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