[发明专利]一种本征可拉伸双网络离子凝胶电解质及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种本征可拉伸双网络离子凝胶电解质及其制备方法与应用。所述电解质具有互相穿插的无机和有机双网络的结构，其无机网络的组分为无机氧化物或无机烷氧基化合物与无机氧化物的混合物，有机网络的组分为丙烯酸酯聚合物或两性离子聚合物。具体制备方法如下：非水解溶胶‑凝胶反应制备无机网络，光引发自由基聚合制备有机网络。本发明电解质具有离子电导率高、力学性能优异、应用温度范围广等优势，可适用于拉伸、弯折等特殊应用场景，应用于锂电池可有效防止电解质被拉断或被锂枝晶刺破造成的短路，提升储能器件的安全性，简单可行的制备方法亦可有效降低工艺成本，在柔性可拉伸储能器件领域有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于柔性可拉伸储能领域，具体涉及一种本征可拉伸双网络离子凝胶电解质及其制备方法与应用。

背景技术

近来，可拉伸电子产品的快速发展对储能装置亦提出可拉伸的要求，然而刚性的传统储能器件难以应用于可拉伸电子，如：锂离子电池(LIBs)在形变下易发生电解液漏液，严重影响电池的稳定性和安全性。因此，开发兼具高力学性能与高离子导电性能的新型可拉伸电解质势在必行。

为提升储能器件的安全性，研究人员首先将目光投向了柔韧性好、易加工的固态聚合物电解质，在此基础上进一步制备全固态电池。但固态聚合物电解质与电极之间的固-固接触具有较高的界面电阻，影响电池的循环稳定性和倍率性能。

凝胶聚合物电解质在具备高离子电导率的同时拥有更低的界面电阻，主要包括水凝胶与离子凝胶等，其中水凝胶电解质电化学窗口较窄、电化学稳定性较差，难以实现高能量密度的锂电池。离子凝胶电解质拥有凝胶电解质的高离子电导率、低界面电阻等优势，又融合了离子液体的高热稳定性、低可燃性以及宽电化学窗口等优点，是固态聚合物电解质的理想替代者，但传统离子凝胶力学性能较差，难以适用于拉伸、弯折等特殊场景。

双网络结构被用于改善凝胶的力学性能，但该结构在提升凝胶力学性能的同时往往会损失电化学性能，目前相关工作仍难以统筹高力学性能与高导电性能。器件应用方面，早期报道的可拉伸储能器件主要为基于结构设计的非本征拉伸器件，相较于基于材料设计的本征可拉伸器件，非本征可拉伸器件灵活度低、应用场景有限，但目前基于材料设计的本征可拉伸器件报道较少。因此，人们仍需设计新型离子凝胶以满足柔性可拉伸储能对高力学性能、高导电性能的需求，进而推进本征可拉伸储能器件的商业化。

发明内容

前人报道的双网络离子凝胶电解质难以统筹高力学性能和高导电等性能以应对可拉伸储能使用场景的问题，本发明的目的在于提供一种本征可拉伸双网络离子凝胶电解质及其制备方法与应用，以期协调统一高力学性能和高导电性能，实现安全高效的本征可拉伸电解质，提升柔性可拉伸储能器件的综合性能。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种本征可拉伸双网络离子凝胶电解质，所述电解质具有互相穿插的无机和有机双网络的结构，所述无机网络的组分为无机氧化物或无机烷氧基化合物与无机氧化物的混合物，有机网络的组分为丙烯酸酯聚合物或两性离子聚合物。

作为改进的是，所述无机氧化物对应单体为钛酸四丁酯（TBOT）、硅酸四乙酯（TEOS）、或正硅酸丁酯中的一种，所述无机烷氧基化合物对应单体为乙烯基三乙氧基硅烷（VTES）、或3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷（MPS）中的一种；所述两性离子聚合物对应单体为2-(甲基丙烯酰氧基)乙基-2- (三甲基氨基)乙基磷酸酯（MPC）、[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵（DMAPS）、磺基甜菜碱乙烯基咪唑（SBVI）、磺基甜菜碱-乙烯基咪唑（VIPS）、磺基甜菜碱甲基丙烯酸酯（SBMA）中的一种或任意几种混合；所述丙烯酸酯聚合物对应单体为丙烯酸乙酯（EA）、甲基丙烯酸乙酯（MEA）、丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸丁酯（BMA）、2-丙烯酸-2-甲氧基乙酯、二(乙二醇)乙醚甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸四氢糠基酯、丙烯酸四氢糠基酯中的一种或任意几种混合。