[发明专利]水溶性高分子凝胶聚合物电解质及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种水溶性高分子凝胶聚合物电解质，其特征在于：所述水溶性高分子凝胶聚合物电解质原料包括高分子或该高分子与无机填料的混合物；所述的高分子包括但不限于多糖，聚多元醇，聚合物盐及其他水溶性聚合物中的一种或多种；所述的无机填料包括但不限于氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、无机快离子导体中的一种或多种。

2.根据权利要求1所述的水溶性高分子凝胶聚合物电解质，其特征在于：所述多糖包括但不限于甲基纤维素(MC)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)、壳聚糖、淀粉、海藻酸钠、琼脂中的一种或多种；所述聚多元醇包括但不限于聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚环氧乙烷(PEO)中的一种或多种；所述聚合物盐包括但不限于聚甲基丙烯酸盐、聚马来酸盐、聚磺酸盐中的一种或多种；其他水溶性聚合物包括但不限于聚丙烯酰胺(PAM)、水性聚氨酯、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一种或多种；所述无机填料包括但不限于氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化钛、无机快离子导体中的一种或多种；无机快离子导体包括但不限于锂镧锆氧、碳酸钛锂、钛酸镧锂、硅铝酸锂中的一种或多种。

3.一种制备权利要求1或2所述的水溶性高分子凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：先将高分子或该高分子与无机填料混合物以一定比例溶于水中，然后经过冷冻干燥的方法得到三维网状结构的聚合物膜，将其辊压之后浸泡在有机液体电解质一段时间得到凝胶聚合物电解质。

4.根据权利要求3所述的一种水溶性高分子凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：所述的冷冻干燥及加热辊压过程分别使用市售冷冻干燥机和辊压机。

5.根据权利要求3所述的一种水溶性高分子凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将所述的高分子材料或该高分子与无机填料的混合物与水以1/1～1/100(w/w)比例混合，于20℃～80℃下搅拌溶解得到均一的混合物，并冷却至室温；

(2)将不同比例的液体混合物使用冷冻干燥机进行冷冻干燥，干燥温度为-60℃～0℃，得到网状多孔的聚合物膜；

(3)将上述聚合物膜通过辊压机，辊压温度为25℃～150℃，辊压1～100次，得到合适厚度的聚合物膜；

(4)将上述聚合物膜置于真空干燥箱中，在室温～120℃下真空干燥，去除痕量水；

(5)在无水无氧的环境中将上述干燥的聚合物膜浸泡在有机液体电解质中1min～48h，得到凝胶聚合物电解质。

6.根据权利要求5所述的一种水溶性高分子凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于步骤(3)所述的合适聚合物膜的厚度为10μm～100μm。

7.根据权利要求5所述的一种水溶性高分子凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于步骤(5)所述的无水无氧环境指水氧含量都小于0.1ppm、气氛为氩气的手套箱。

8.根据权利要求5所述的一种水溶性高分子凝胶聚合物电解质的制备方法，其特征在于步骤(5)所述的液体电解质是有机溶剂或者离子液体与电池级电解质锂盐、钠盐、钾盐的溶液。浓度在0.5mol L^-1～2mol L^-1之间。

9.根据权利要求8所述的一种水溶性高分子凝胶聚合物电解质的制备方法，有机溶剂包括但不限于碳酸乙烯酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亚丙酯、γ～丁内酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二甲酯中的一种或多种。

10.如权利要求1-2所述的一种水溶性高分子凝胶聚合物电解质在一次或二次电化学储能系统中的应用。