[发明专利]一种聚合物固态电解质及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚合物固态电解质及其制备方法和应用。本发明的聚合物固态电解质的制备方法包括以下步骤：先将碱金属盐溶解于聚合物单体中，然后依次加入交联剂、光引发剂和极性溶剂混合均匀得到预聚合体系；然后将上述预聚合体系均匀涂覆于模具，紫外或可见光照射固化后，即可获得聚合物固态电解质；其中，聚合物单体为聚乙二醇双丙烯酸酯和/或聚丙二醇双丙烯酸酯；交联剂为三羟甲基丙烷三(3‑巯基丙酸酯)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯中一种或多种；极性溶剂为离子液体和/或丁二腈。本发明的制备方法显著提高了预聚合体系中聚合物单体与强极性组分之间的相容性，光固化后获得的聚合物固态电解质具有高透明性。

技术领域

本发明涉及固态电解质技术领域，更具体地，涉及一种聚合物固态电解质及其制备方法和应用。

背景技术

随着电化学技术的发展，储能技术的安全性越来越受到人们重视。传统电化学储能器件中大多采用液体电解质，易发生液态电解质泄漏从而导致其燃烧、爆炸等。目前的有效解决方式是将电解质固态化或凝胶化，聚合物电解质是固态或凝胶电解质的理想候选者之一。

聚合物电解质通常由多组分组成，不仅包含离子导电优异的强极性组分，还包含柔性聚合物组分。然而，由于其组分间的极性差异，聚合物与强极性组分之间相互作用较弱，而且随着聚合物分子量的增大，其临界相互作用参数变小，极易发生相分离，进而导致离子导电聚合物电解质变成非均相体系，外观透明性较差。例如，CN111848969A公开了一种超支化双功能星型化合物、聚合物电解质材料及制备与应用，以多元巯基丙酸酯为核、聚乙二醇甲基丙烯酸酯为臂，通过巯基-双键反应得到的支链向外延伸的星型化合物，并将其作为有机填料掺杂改性聚氧化乙烯基固态聚合物电解质，提高了聚氧化乙烯基固态聚合物电解质的机械性能，但所获得的聚合物电解质透明性较差。

发明内容

本发明的目的是克服聚合物固态电解质透明性较差的缺陷和不足，提供一种聚合物固态电解质的制备方法，先将聚合物单体和碱金属盐混合至碱金属盐完全溶解，然后再加入交联剂、光引发剂和极性溶剂混合均匀即可获得预聚合体系，可以显著改善聚合物单体与强极性组分之间的相容性，光固化后形成聚合物固态电解质具有高透明性。

本发明的另一目的是提供一种聚合物固态电解质。

本发明的又一目的是一种聚合物固态电解质在电化学储能器件中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种聚合物固态电解质的制备方法，包括以下步骤：

S1.先将碱金属盐溶解于聚合物单体中，然后依次加入交联剂、光引发剂和极性溶剂混合均匀得到预聚合体系；

S2.将S1中的预聚合体系均匀涂覆于模具，紫外或可见光照射固化后，得到高透明性聚合物固态电解质；

其中，聚合物单体为聚乙二醇双丙烯酸酯和/或聚丙二醇双丙烯酸酯；交联剂为三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯中一种或多种；极性溶剂为离子液体和/或丁二腈。

本发明中所采用的聚合物单体可以促进碱金属盐解离，解离所产生的碱金属离子可以与聚合物单体中醚氧键中的氧原子发生络合作用，形成碱金属离子掺杂的聚合物单体，增强聚合物单体的极性，进而促进聚合物单体与强极性组分间的相容性。

本发明中碱金属盐的加入顺序对聚合物单体与强极性组分间的相容性影响很大，只有先将碱金属盐溶解于聚合物单体中才能保证聚合物单体与强极性组分之间具有良好的相容性；若先将碱金属盐溶解于极性溶剂中，然后与聚合物单体混合，则碱金属离子与聚合物单体的络合作用变慢，会降低聚合物单体与强极性组分之间的相容性，进而降低光固化形成的聚合物网络与强极性组分之间相容性。

优选地，碱金属盐的添加量为聚合物单体质量的0.1～20％。

优选地，碱金属盐的添加量为聚合物单体质量的5～10％。