[发明专利]水凝胶电解质的制备方法，水凝胶电解质及储能设备

说明书

本发明公开了一种水凝胶电解质的制备方法及由此获得的水凝胶电解质，包括以下步骤：提供聚乙烯醇的水溶液；向金属硫酸盐的水溶液中加入甘油，并混合均匀；将金属硫酸盐与甘油的混合溶液和聚乙烯醇的水溶液混合均匀；和对含有金属硫酸盐、甘油和聚乙烯醇的混合溶液进行辐照。本发明提供的水凝胶电解质的制备方法，制备周期短，且不需添加额外成分，由此获得的水凝胶电解质具有较高的离子电导率。

技术领域

本发明涉及电解质材料领域，尤其涉及水凝胶电解质的制备方法及由此获得的水凝胶电解质。

背景技术

随着电子设备的发展，柔性电子设备也越来越受到大家的重视。对于柔性电子设备而言，柔性储能器件是其关键技术点之一，这要求柔性储能器件不仅要具有相当的容量，还要具有一定程度的柔性，可进行拉伸或者弯曲。

在上述柔性储能器件中使用液态电解质存在以下问题：在储能器件发生弯曲变形的过程中，液态电解质容易产生泄漏的风险；并且液态电解质在应变下会产生错位，导致其导电性能不稳定。而将水凝胶电解质应用于柔性储能器件则可以解决上述问题。首先，水凝胶电解质可以避免液态电解质的泄露问题；其次，水凝胶电解质在各种机械变形下可以保持物理完整性和灵活性；最后，自由水有限且吸附亲和性好的凝胶电解质能够减缓活性物质的溶解，抑制金属电极枝晶的生长，从而提高电化学稳定性。

现有技术中一般通过冻融循环法和紫外光固化法制备得到水凝胶电解质，应用于柔性储能器件中。但是，采用冻融循环法制备水凝胶所需周期长，且操作复杂；而紫外光固化法在制备水凝胶的过程中则需要加入光引发剂，不符合绿色环保的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制备周期短且不需添加额外成分的水凝胶电解质制备方法及由此获得的水凝胶电解质。

本发明的第一方面提供了一种水凝胶电解质的制备方法，包括以下步骤：

提供聚乙烯醇的水溶液；

向金属硫酸盐的水溶液中加入甘油，并混合均匀；

将金属硫酸盐与甘油的混合溶液和聚乙烯醇的水溶液混合均匀；和

对含有金属硫酸盐、甘油和聚乙烯醇的混合溶液进行辐照。

根据本发明的一种实施方式，基于所述水凝胶电解质的总重量，所述方法中各组分的用量为：

聚乙烯醇，2～10wt％；

甘油，1～5wt％；

金属硫酸盐，2～8wt％；和

水，80～92wt％。

根据本发明的一种实施方式，所述聚乙烯醇的聚合度为1700～2400，醇解度为88％～99％。优选地，所述聚乙烯醇的聚合度为1700～2000；所述聚乙烯醇的醇解度为97％～99％。更优选地，所述聚乙烯醇的聚合度为约1800；所述聚乙烯醇的醇解度为98％～99％。

在本发明的水凝胶电解质中，聚乙烯醇作为水凝胶的基体，在上述聚合度范围内，水凝胶电解质可获得较好的机械性能。

根据本发明的一种实施方式，所述聚乙烯醇溶解于水的溶解温度和溶解时间并无特殊限制，只要能够确保所述聚乙烯醇完全溶解即可。考虑到在室温下，一般聚合物溶解的过程较为缓慢，因此，可适当升高温度以加快聚合物的溶解。当然，为了加快聚合物的溶解，也可在聚合物溶解的过程中进行适当的搅拌。例如，所述聚乙烯醇可在90～100℃条件下，搅拌溶解2～3h。

根据本发明的一种实施方式，所述聚乙烯醇的优选含量为4～8wt％；更优选地，所述聚乙烯醇的含量约为6wt％。

在本发明的水凝胶电解质中，甘油作为物理交联剂，提供多个物理交联点。以便于聚乙烯醇、甘油和水之间均可形成氢键交联，增加交联强度。