[发明专利]一种柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法，是以静电纺丝膜为基底，在浸润锌盐溶液、聚合物基体单体、交联剂和引发剂的混合液后，经热聚合制备。本发明的电解质膜具有机械强度高、柔韧性好、离子导电率和电化学稳定性优异，以及抗枝晶生长的特点。

技术领域

本发明涉及一种水凝胶电解质膜的制备方法及其应用，特别是一种柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法及其应用。

背景技术

近年来，锂离子电池因出色的电化学性能而被广泛应用于便携式电子设备和电动汽车。然而，由于有机电解质的易燃性、有毒性引起了较多的安全事故发生，迫使研究人员开发锂离子电池的替代品。

在众多下一代储能系统中，可充电水系锌离子混合电容器ZIHCs被认为是最有前途的候选者，因为锌金属阳极具有氧化还原电势低(相对于标准氢电极为-0.76V)、理论容量高(820mAhg^-1)、与水溶液相容性好、安全性高、对环境友好等优势。

目前研究的可充电水系锌离子混合电容器ZIHCs多为液态电解质，然而液态电解质因其机械性能、枝晶生长、电化学窗口、工作温度等各方面因素的影响，极易造成电解液的泄漏、刺穿隔膜、析氢析氧反应、蒸发或冰冻等问题，从而导致电解质的电化学性能急剧下降，这一问题极大的限制了锌离子混合电容器的商业应用。

为了解决这些问题，部分研究人员提出了一种新型的锌离子凝胶电解质，其作为一种准固态电解质用在正极和负极之间，能够在一定程度上克服上述的问题。

尽管目前各种锌离子凝胶电解质已经被广泛研究，并应用于锌离子混合电容器，然而，目前的锌离子凝胶电解质仍存在柔韧性差、机械强度低、离子电导率和电化学稳定性能不高等缺点，也是现阶段水系锌离子混合电容器存在的主要问题。

因此，设计具有较高电学性能和机械性能的凝胶电解质对于可充电水系锌离子混合电容器ZIHCs的推广普及非常重要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法及其应用。本发明的电解质膜具有机械强度高、柔韧性好、离子导电率和电化学稳定性优异，以及抗枝晶生长的特点。

本发明的技术方案：一种柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法，是以静电纺丝膜为基底，在浸润锌盐溶液、聚合物基体单体、交联剂和引发剂的混合液后，经热聚合制备。

前述的柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法，所述静电纺丝膜为静电纺丝PAN膜、静电纺丝纤维素膜或静电纺丝羧甲基纤维素膜中的一种。

前述的柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法，所述聚合物基体单体为丙烯酰胺、丙烯酸或丙烯酸钠中的一种。

前述的柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法，所述交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。

前述的柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。

前述的柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法，所述锌盐溶液的浓度为0.1-7.5M。

前述的柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法，所述交联剂的用量为聚合物基体单体的质量的0.08-0.12％。

前述的柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法，所述引发剂的用量为聚合物基体单体的质量的1-2％。

前述的柔性、抗枝晶水凝胶电解质膜的制备方法，所述热聚合是在50-100℃下聚合0.1-2h。

一种根据前述方法制备获得的水凝胶电解质膜在锌离子混合电容器中的应用。

本发明的有益效果