[发明专利]可降解、耐低温水凝胶电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及可降解、耐低温水凝胶电解质及其制备方法与应用，属于电解质技术领域。所述可降解、耐低温水凝胶电解质包括可降解、耐低温水凝胶，以及渗透吸附于所述可降解、耐低温水凝胶中的无机盐电解质溶液；所述可降解、耐低温水凝胶为由聚合物单体、交联剂、引发剂在溶剂中发生自由基聚合反应制成的凝胶，聚合物单体包括丙烯酸钾和丙烯酰胺，交联剂为二氧化碳衍生的环状碳酸酯。与现有技术相比，本发明可降解、耐低温水凝胶电解质的制备过程简单高效，原料及产物中均不含任何挥发性有机溶剂，绿色环保，在新型固态电解质领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于水系电池电解质材料技术领域，尤其是涉及一种可降解、耐低温水凝胶电解质及其制备方法与应用。

背景技术

随着柔性、可穿戴电子产品的快速发展，因此，相对应的柔性供电器件得到广泛关注。得益于特定的三维交联聚合物网络，聚合物水凝胶可以保持大量的水同时快速传输电解质离子。以水凝胶电解质为基础的柔性电子器件成为研究热点。

然而，当环境温度降至零度以下时，水凝胶电解质中水结冰使得电池性能急剧下降。为了保证水凝胶电解质在零下的正常工作，各种抗冻凝胶电解质的稳健策略被广泛开发。一种常见的方法是增加电解质盐的浓度，形成“盐包水”型电解质。然而，高浓度的盐可能会腐蚀电极，低温粘度增大的特性也会牺牲离子电导率。此外，加入冷冻保护剂(如二甲基亚砜、甘油、乙二醇等)或添加有机溶剂(离子液体、乙酸乙酯、二氯甲烷等)使水分子与有机分子之间形成更强的氢键作用，抑制冰晶的形成，从而有效降低水的凝固点。虽然这些有机溶剂辅助水凝胶具有良好的抗冻性，但非导电性有机添加剂不可避免地降低了凝胶电解质的离子电导率。另一方面，聚合物网络与有机添加剂之间缺乏强烈的相互作用，导致其稳定性较差。研究表明在聚合物框架中引入极性官能团，通过这些官能团和水分子间强的氢键作用，将水分子固定住，并干扰冰晶晶格的形成。

另外，废弃电池对生态环境危害日益严重，而电池中电解质对环境的影响往往被忽视。目前，大多数聚合物电解质是用双键共价交联来获得理想的力学性能，然而，这类双键交联电解质在强酸或强碱环境下也难以降解。

发明内容

基于现有技术中水凝胶电解质难以降解以及低温环境下性能下降的现状，本发明提供一种可降解、耐低温水凝胶电解质及其制备方法与应用，本发明的水凝胶电解质可降解且能够在极端环境下正常工作。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种可降解、耐低温水凝胶电解质，所述可降解、耐低温水凝胶电解质包括可降解、耐低温水凝胶，以及渗透吸附于所述可降解、耐低温水凝胶中的无机盐电解质溶液；

所述可降解、耐低温水凝胶为由聚合物单体、交联剂、引发剂在溶剂中发生自由基聚合反应制成的凝胶。

在本发明的一个实施方式中，所述可降解、耐低温水凝胶电解质由聚合物单体、交联剂、引发剂、无机盐和水构成。

在本发明的一个实施方式中，所述聚合物单体包括丙烯酸钾和丙烯酰胺。

在本发明的一个实施方式中，所述交联剂为二氧化碳衍生的环状碳酸酯。

在本发明的一个实施方式中，所述二氧化碳衍生的环状碳酸酯选自小分子环状碳酸酯、聚合物基环状碳酸酯或生物基环状碳酸酯中一种或几种的混合。

其中，小分子环状碳酸酯的结构式如下所示：

聚合物基环状碳酸酯的结构式如下所示：

其中，n为正整数。

生物基环状碳酸酯的结构式如下所示：

在本发明的一个实施方式中，所述引发剂选择过硫酸铵。