[发明专利]一种自愈合凝胶固态电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及固态电解质技术领域，尤其涉及一种自愈合凝胶固态电解质及其制备方法与应用。本发明公开了一种自愈合凝胶固态电解质，包括：凝胶固态聚合物和电解液；凝胶固态聚合物由不饱和有机酸‑甲基丙烯酸醇酯类共聚物与金属盐物理交联得到。凝胶固态聚合物由有机酸‑甲基丙烯酸醇酯类共聚物通过聚合物长链之间的氢键和金属盐之间的离子键相互作用交联得到，共聚物与金属盐形成的双重交联的网络结构提高了凝胶的热稳定性，从而能更好地应对断裂和重连的情况，提高了凝胶固态电解质自愈合性能和力学性能。电解液阴离子在交联的网络中充当质子运输的介质，提高凝胶固态聚合物的离子电导率。本发明自愈合凝胶固态电解质可应用于柔性固态储能器件中。

技术领域

本发明涉及固态电解质技术领域，尤其涉及一种自愈合凝胶固态电解质及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会不断的发展，人们的生活水平不断提高，对生活质量的追求也在不断提高。如今人们日常生活已经离不开电子设备，对电子设备的要求也越来越高，除了要续航久、安全等要求，还希望能够更为便利的携带。近年来柔性的可穿戴电子器件，如电子传感器、柔性显示屏和柔性的健康检测装置等，已经受到广泛的关注和快速的发展。可穿戴设备的发展带动了对柔性储能器件的需求，包括柔性固态电池等一系列柔性固态储能器件都有着良好的应用前景。然而，在长时间的使用下，这些柔性器件里的电极和电解质不可避免地会经历反复的弯曲、扭转等机械形变，长时间的形变会出现损坏甚至断裂的情况，严重时会引发安全事故。因此，相比于传统的圆柱或软包型器件，柔性电池等储能设备对于电极和电解质可靠性的需求要更高。其中，柔性电解质是研究热点，不仅需要具备较高离子电导率，还需要较好的力学性能，来提高安全性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种自愈合凝胶固态电解质及其制备方法与应用，该自愈合凝胶固态电解质具有较高的离子电导率、良好的力学性能和电化学性能。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种自愈合凝胶固态电解质，包括：凝胶固态聚合物和电解液；

所述凝胶固态聚合物由不饱和有机酸-甲基丙烯酸醇酯类共聚物与金属盐物理交联得到。

本发明提供的自愈合凝胶固态电解质中，凝胶固态聚合物由有机酸-甲基丙烯酸醇酯类共聚物通过聚合物长链之间的氢键和金属盐之间的离子键相互作用交联得到，共聚物与金属盐形成的双重交联的网络结构提高了凝胶的热稳定性能，并且不同于共价键，氢键和离子键等非牺牲型键能够更好地应对断裂和重连的情况，赋予了凝胶固态电解质更好的自愈合性能和力学性能。电解液在阴离子在交联的网络中充当质子运输的介质，提高凝胶固态聚合物的离子电导率。

本发明中，所述不饱和有机酸选自丙烯酸、油酸和丁烯二酸中的一种或两种以上；

所述甲基丙烯酸醇酯类选自甲基丙烯酸十八醇酯和/或甲基丙烯酸丙烯酸甘油酯；

所述金属盐为硝酸铁、硫酸铜、硝酸亚铁、硝酸钴和硝酸镍中的一种或两种以上。

本发明中，所述凝胶固态聚合物中，所述不饱和有机酸、所述甲基丙烯酸醇酯类和所述金属盐的质量比为(8～12)：(0.680～0.720)：(0.135～0.145)，优选为72：5：1。

本发明发现凝胶固态电解质某些组分极易被部分电解液中的极性溶剂溶胀，当电解液为H₂SO₄溶液或Na₂SO₄水溶液时，凝胶固态电解质不会发生溶胀的问题，所述电解液更优选为H₂SO₄溶液；

所述电解液的浓度为0.5～5mol/L，本发明发现在此浓度范围下，离子的导电率最佳，优选为0.5mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L和5mol/L，更优选为1mol/L。