[发明专利]一种耐碱双网络水凝胶柔性电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明属于全固态柔性电池领域，公开了一种耐碱双网络水凝胶柔性电解质及其制备方法与应用。所述耐碱双网络水凝胶柔性电解质的制备包括以下步骤：将丙烯酸钠水溶液、壳聚糖酸性水溶液、引发剂、N,N‑亚甲基双丙烯酰胺和水性化六亚甲基二异氰酸酯三聚体混合均匀后组成自由基聚合体系，然后通过自由基聚合得到耐碱双网络水凝胶；然后将所得耐碱双网络水凝胶在碱性水溶液中浸泡，即得到耐碱双网络水凝胶柔性电解质。本发明所得由6M的KOH水溶液渗透的水凝胶作为电解质仍显示出超过500％的拉伸性，以及0.18S·cm^‑1的离子电导率。同时，制备出的锌空气电池显示出优异的柔韧性。

技术领域

本发明属于全固态柔性电池领域，特别涉及一种耐碱双网络水凝胶柔性电解质及其制备方法与应用。

背景技术

柔性电子设备是当今的研究热点，通过柔性的电子设备可以实现与人体的更好结合，极大的提高人类的生活质量。但目前许多已经面世的柔性设备仍采用普通的刚性电池，这说明柔性电池的制备仍然是个难题。只有采用真正的柔性电池才可以发挥柔性的设备的巨大优势；同时，柔性设备的应用场景要求其在多次弯折，扭曲，甚至撞击下稳定供应能量，这使得制备可靠安全的柔性电池显得非常重要。

水系的锌空电池由于其高的能量密度，突出的安全性，可循环充放电有望大规模运用。固态的水系锌空电池集合了固态电解质良好的柔性和锌空电池的优点，其非常适合运用于柔性电子设备。水凝胶由于其出色的柔性，拉伸性等机械性能和负载电解液的能力是固态电解质的最佳选择。水系锌空电池一般采用高浓度的氢氧化钾和锌盐水溶液作为电解液，强碱溶液对于水凝胶的机械性能会产生很大影响，这使得水凝胶在在浓碱液中的机械性能稳定性显得尤为重要。目前的研究工作中，柔性的锌空电池常常采用聚乙烯醇(PVA)作为固态电解质。然而，普通的PVA在浓氢氧化钾电解液中溶胀后，机械性能会大大降低，这严重影响了电池的稳定供能。制备在强碱溶液中具有优良机械性能和离子电导率的稳定固态柔性水凝胶电解质具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种耐碱双网络水凝胶柔性电解质的制备方法。

本发明另一目的在于提供上述方法制备的一种耐碱双网络水凝胶柔性电解质。

本发明再一目的在于提供上述耐碱双网络水凝胶柔性电解质在柔性电池中的应用。

本发明再一目的在于提供一种由上述耐碱双网络水凝胶柔性电解质制备得到的柔性锌空电池。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种耐碱双网络水凝胶柔性电解质的制备方法，包括以下步骤：

将丙烯酸钠水溶液、壳聚糖酸性水溶液、引发剂、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和水性化六亚甲基二异氰酸酯三聚体(WHT)混合均匀后组成自由基聚合体系，然后通过自由基聚合得到耐碱双网络水凝胶；再将所得耐碱双网络水凝胶在碱性水溶液中浸泡，即得到耐碱双网络水凝胶柔性电解质。

所述水性化六亚甲基二异氰酸酯三聚体由聚乙二醇单甲醚和六亚甲基二异氰酸酯三聚体进行聚合反应得到。

优选地，所述聚乙二醇单甲醚的分子量为500～2000，优选为750～2000；所述聚乙二醇单甲醚与六亚甲基二异氰酸酯三聚体的质量比为2.5:1～1:1；更优选为1:1。

优选地，所述聚合反应为在60～85℃下反应8～20h，更优选为在75℃反应12h。

所述丙烯酸钠水溶液由丙烯酸与氢氧化钠水溶液中和制备得到；

其中，所述丙烯酸与氢氧化钠水溶液的质量体积比为0.3～0.9g/mL，优选为0.67g/mL。所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.1～1g/mL，优选为0.4g/mL。

所述壳聚糖酸性水溶液的中壳聚糖的浓度为0.1～1wt％，优选为0.4wt％；