[发明专利]一种自愈可拉伸的低共熔凝胶电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种自愈可拉伸的低共熔凝胶电解质及其制备方法与应用。所述制备方法包括：将包含超分子凝胶因子、两性聚合物单体、交联剂、光引发剂、三元低共熔溶剂和金属盐的混合反应体系加热至完全溶解，之后冷却至室温形成第一重超分子凝胶网络，再进行光引发聚合反应，获得自愈可拉伸的低共熔凝胶电解质。本发明制备的低共熔凝胶电解质具有出色的自愈性、拉伸性和宽温度范围耐受性，同时具有良好的导电性和高的金属离子迁移数，可避免金属枝晶的产生，在柔性储能领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于凝胶技术领域，涉及一种自愈可拉伸的低共熔凝胶电解质及其制备方法与应用，尤其涉及一种基于两性聚合物离子单体和三元低共熔溶剂的超分子-聚合物双网络的低共熔凝胶电解质及其制备方法与应用。

背景技术

低共熔溶剂(DESs)由氢键受体和氢键供体组成，具有高度的结构可设计性，同时具有易于制备、低蒸气压、高热稳定性等固有特性，是一类新兴的电解质体系。然而，DESs本身的粘度较大，电导率较低，离子传输能力较低，限制了其广泛应用。目前的研究主要集中于开发水合低共熔溶剂来降低DES的粘度从而提高其导电性，并进一步开发其在传统刚性电池或液流电池中的应用，尚未见半固态的低共熔凝胶电解质应用于柔性/可拉伸电池的报道。将粘度较大的液态低共熔电解质制备为粘度更大的半固态电解质并成功应用于柔性能源存储领域具有极大的挑战性。因此，开发出一种高导电性、高机械强度和韧性以及高拉伸性的通用低共熔电解质对拓展低共熔电解质的应用范围至关重要。

此外，对柔性能源存储器件而言，其在反复机械形变和电化学循环过程中，极易引起电池破坏。开发具有自愈性的能源存储器件对提高电池寿命、降低替换成本至关重要。目前常见的自愈性电池主要是通过开发自愈性水凝胶或离子液体凝胶电解质来实现自愈性。尚未见集高度可拉伸性、自愈性、导电性并且耐极端温度等多种功能于一体的低共熔凝胶电解质的报道。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种自愈可拉伸的低共熔凝胶电解质及其制备方法与应用，本发明提供的低共熔凝胶电解质具有优异的拉伸性、自发自愈性、宽温耐受性，高导电性和离子迁移数，能够应用于金属离子电池、自愈可拉伸全低共熔凝胶软电池且避免金属枝晶的产生，对扩展柔性电池电解质的材料平台具有重要的理论和现实意义。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种自愈可拉伸的低共熔凝胶电解质的制备方法，其包括：将包含超分子凝胶因子、两性聚合物单体、交联剂、光引发剂、三元低共熔溶剂和金属盐的混合反应体系加热至完全溶解，之后冷却至室温形成第一重超分子凝胶网络，再进行光引发聚合反应，获得自愈可拉伸的低共熔凝胶电解质；

其中，所述两性聚合物单体包括3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]铵]丙烷-1-磺酸内盐、N-羧甲基-N,N-双(2-羟乙基)-1-十二烷基铵内盐、3-[[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基铵]丙酸酯、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱中的任意一种或两种以上的组合。

本发明实施例还提供了前述的制备方法制得的自愈可拉伸的低共熔凝胶电解质，所述低共熔凝胶电解质具有超分子-聚合物双网络结构。

本发明实施例还提供了前述的自愈可拉伸的低共熔凝胶电解质在能源存储领域中的应用。

本发明实施例还提供了一种金属离子电池，其包括前述的自愈可拉伸的低共熔凝胶电解质。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过在液态DES中加入两性离子聚合物骨架，不仅将其凝胶化，同时提供了更多的离子传输通道，进一步提高了其电导率和离子迁移数，使制备的低共熔凝胶电解质能够满足电化学应用的要求；