[發(fā)明專利]一種本征可拉伸雙網(wǎng)絡(luò)離子凝膠電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110695524.7
• 申請(qǐng)日: 2021-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN113644313B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賴文勇;白明磊;王師;程濤;何紀(jì)鑫;劉重陽;王宇;李倩鴿
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M10/056
• 分類號(hào): H01M10/056;H01M10/052;H01M10/058
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 殷星

本發(fā)明公開了一種本征可拉伸雙網(wǎng)絡(luò)離子凝膠電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用。所述電解質(zhì)具有互相穿插的無機(jī)和有機(jī)雙網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，其無機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組分為無機(jī)氧化物或無機(jī)烷氧基化合物與無機(jī)氧化物的混合物，有機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組分為丙烯酸酯聚合物或兩性離子聚合物。具體制備方法如下：非水解溶膠?凝膠反應(yīng)制備無機(jī)網(wǎng)絡(luò)，光引發(fā)自由基聚合制備有機(jī)網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明電解質(zhì)具有離子電導(dǎo)率高、力學(xué)性能優(yōu)異、應(yīng)用溫度范圍廣等優(yōu)勢(shì)，可適用于拉伸、彎折等特殊應(yīng)用場(chǎng)景，應(yīng)用于鋰電池可有效防止電解質(zhì)被拉斷或被鋰枝晶刺破造成的短路，提升儲(chǔ)能器件的安全性，簡(jiǎn)單可行的制備方法亦可有效降低工藝成本，在柔性可拉伸儲(chǔ)能器件領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于柔性可拉伸儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體涉及一種本征可拉伸雙網(wǎng)絡(luò)離子凝膠電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

近來，可拉伸電子產(chǎn)品的快速發(fā)展對(duì)儲(chǔ)能裝置亦提出可拉伸的要求，然而剛性的傳統(tǒng)儲(chǔ)能器件難以應(yīng)用于可拉伸電子，如：鋰離子電池(LIBs)在形變下易發(fā)生電解液漏液，嚴(yán)重影響電池的穩(wěn)定性和安全性。因此，開發(fā)兼具高力學(xué)性能與高離子導(dǎo)電性能的新型可拉伸電解質(zhì)勢(shì)在必行。

為提升儲(chǔ)能器件的安全性，研究人員首先將目光投向了柔韌性好、易加工的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步制備全固態(tài)電池。但固態(tài)聚合物電解質(zhì)與電極之間的固-固接觸具有較高的界面電阻，影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。

凝膠聚合物電解質(zhì)在具備高離子電導(dǎo)率的同時(shí)擁有更低的界面電阻，主要包括水凝膠與離子凝膠等，其中水凝膠電解質(zhì)電化學(xué)窗口較窄、電化學(xué)穩(wěn)定性較差，難以實(shí)現(xiàn)高能量密度的鋰電池。離子凝膠電解質(zhì)擁有凝膠電解質(zhì)的高離子電導(dǎo)率、低界面電阻等優(yōu)勢(shì)，又融合了離子液體的高熱穩(wěn)定性、低可燃性以及寬電化學(xué)窗口等優(yōu)點(diǎn)，是固態(tài)聚合物電解質(zhì)的理想替代者，但傳統(tǒng)離子凝膠力學(xué)性能較差，難以適用于拉伸、彎折等特殊場(chǎng)景。

雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)被用于改善凝膠的力學(xué)性能，但該結(jié)構(gòu)在提升凝膠力學(xué)性能的同時(shí)往往會(huì)損失電化學(xué)性能，目前相關(guān)工作仍難以統(tǒng)籌高力學(xué)性能與高導(dǎo)電性能。器件應(yīng)用方面，早期報(bào)道的可拉伸儲(chǔ)能器件主要為基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的非本征拉伸器件，相較于基于材料設(shè)計(jì)的本征可拉伸器件，非本征可拉伸器件靈活度低、應(yīng)用場(chǎng)景有限，但目前基于材料設(shè)計(jì)的本征可拉伸器件報(bào)道較少。因此，人們?nèi)孕柙O(shè)計(jì)新型離子凝膠以滿足柔性可拉伸儲(chǔ)能對(duì)高力學(xué)性能、高導(dǎo)電性能的需求，進(jìn)而推進(jìn)本征可拉伸儲(chǔ)能器件的商業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容

前人報(bào)道的雙網(wǎng)絡(luò)離子凝膠電解質(zhì)難以統(tǒng)籌高力學(xué)性能和高導(dǎo)電等性能以應(yīng)對(duì)可拉伸儲(chǔ)能使用場(chǎng)景的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種本征可拉伸雙網(wǎng)絡(luò)離子凝膠電解質(zhì)及其制備方法與應(yīng)用，以期協(xié)調(diào)統(tǒng)一高力學(xué)性能和高導(dǎo)電性能，實(shí)現(xiàn)安全高效的本征可拉伸電解質(zhì)，提升柔性可拉伸儲(chǔ)能器件的綜合性能。

為解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種本征可拉伸雙網(wǎng)絡(luò)離子凝膠電解質(zhì)，所述電解質(zhì)具有互相穿插的無機(jī)和有機(jī)雙網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，所述無機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組分為無機(jī)氧化物或無機(jī)烷氧基化合物與無機(jī)氧化物的混合物，有機(jī)網(wǎng)絡(luò)的組分為丙烯酸酯聚合物或兩性離子聚合物。

作為改進(jìn)的是，所述無機(jī)氧化物對(duì)應(yīng)單體為鈦酸四丁酯（TBOT）、硅酸四乙酯（TEOS）、或正硅酸丁酯中的一種，所述無機(jī)烷氧基化合物對(duì)應(yīng)單體為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）中的一種；所述兩性離子聚合物對(duì)應(yīng)單體為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)氫氧化銨（DMAPS）、磺基甜菜堿乙烯基咪唑（SBVI）、磺基甜菜堿-乙烯基咪唑（VIPS）、磺基甜菜堿甲基丙烯酸酯（SBMA）中的一種或任意幾種混合；所述丙烯酸酯聚合物對(duì)應(yīng)單體為丙烯酸乙酯（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、甲基丙烯酸四氫糠基酯、丙烯酸四氫糠基酯中的一種或任意幾種混合。