本發(fā)明屬于二次電池，具體涉及一種雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、新能源汽車、電動(dòng)交通工具及便攜式移動(dòng)設(shè)備進(jìn)入快速發(fā)展階段，需兼?zhèn)渥銐虻膬?chǔ)能性能、結(jié)構(gòu)承載能力以及輕量化設(shè)計(jì)、高安全標(biāo)準(zhǔn)及生態(tài)友好等特點(diǎn)，目前的能源儲(chǔ)存設(shè)備并不能同時(shí)滿足這些設(shè)計(jì)要求。結(jié)構(gòu)-儲(chǔ)能一體化復(fù)合材料就是一種合理的解決方案，結(jié)構(gòu)-儲(chǔ)能一體化復(fù)合材料同時(shí)具有承載功能與儲(chǔ)能功能，可以替代部分傳統(tǒng)承載部件，在實(shí)現(xiàn)車身輕量化的同時(shí)具有足夠的能量?jī)?chǔ)存能力。目前結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能一體化器件大多使用碳纖維作為增強(qiáng)體和電極，具有理論儲(chǔ)能容量大、快速充放電等優(yōu)勢(shì)。結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能一體化另外一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是結(jié)構(gòu)電解質(zhì)的構(gòu)造，理想的電解質(zhì)兼具高的離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度。

2、適用于結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能一體化的電解質(zhì)主要有固態(tài)電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)。無(wú)機(jī)電解質(zhì)存在機(jī)械性能差、部分成本高的缺點(diǎn)，聚合物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，凝膠電解質(zhì)存在機(jī)械強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。均難以實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能和電化學(xué)性能的平衡。

3、如專利申請(qǐng)cn118538989a?公開(kāi)了一種復(fù)合固體電解質(zhì)膜的制備方法及其應(yīng)用，包括助溶劑改性硫化物電解質(zhì)、復(fù)合聚合物電解質(zhì)和無(wú)機(jī)添加劑，制備成全固態(tài)軟包電池，提高電池的循環(huán)壽命和容量保持率，但硫化物電解質(zhì)的高成本限制了市場(chǎng)化的發(fā)展。

4、專利申請(qǐng)cn107275119a設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用在超級(jí)電容器中的聚氧化乙烯-雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂-離子液體全固態(tài)聚合物電解質(zhì)，專利申請(qǐng)cn118398885a公開(kāi)了固液雙相結(jié)構(gòu)電解質(zhì)并將其應(yīng)用在鋰電池，專利申請(qǐng)cn118645702a涉及一種高力學(xué)多孔結(jié)構(gòu)電解質(zhì)制備方法。這三個(gè)專利申請(qǐng)所公開(kāi)的方案中固態(tài)電解質(zhì)都涉及到使用帶有胺基的化學(xué)物質(zhì)與環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)固化構(gòu)造電解質(zhì)的支撐結(jié)構(gòu)，離子電導(dǎo)率低的問(wèn)題沒(méi)有得到有效解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決用于結(jié)構(gòu)儲(chǔ)能一體化的電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度差、離子電導(dǎo)率低的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

2、一種雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)，所述固態(tài)聚合物電解質(zhì)由多孔的聚合物增強(qiáng)基體和分散在聚合物增強(qiáng)基體中的離子傳輸相組成；所述聚合物增強(qiáng)基體由熱固性樹(shù)脂制成；所述的離子傳輸相由離子液體和鋰鹽構(gòu)成，所述鋰鹽與離子液體的質(zhì)量比為1：（3-5.5），并且離子液體與熱固性樹(shù)脂的質(zhì)量比為1：（0.4-2.4）；所述的離子液體為咪唑類離子液體、季銨鹽類離子液體或吡咯類離子液體中的一種或多種的組合；鋰鹽為亞胺類鋰鹽。

3、優(yōu)選地，所述鋰鹽為雙二氟磺酰亞胺鋰或雙三氟甲基磺酰亞胺鋰。

4、優(yōu)選地，所述熱固性樹(shù)脂為雙酚a二縮水甘油醚、雙酚f型環(huán)氧樹(shù)脂、e型環(huán)氧樹(shù)脂、四縮水甘油胺型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚s型環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或多種的組合。

5、優(yōu)選地，所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)中還包含占所述聚合物增強(qiáng)基體與離子傳輸相總質(zhì)量1～5wt%的納米填料，所述納米填料分散在聚合物增強(qiáng)基體與離子傳輸相中，選自納米氧化鈦、氧化鋁、mof金屬有機(jī)框架、cof共價(jià)有機(jī)框架中的一種或幾種。

6、本發(fā)明中所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法，步驟如下：

7、1）按照鋰鹽與離子液體的質(zhì)量比1：（3-5.5）的比例稱取鋰鹽與離子液體，并混合均勻；

8、2）按照離子液體與熱固性樹(shù)脂的質(zhì)量比為1：（0.4-2.4）的比例加入熱固性樹(shù)脂，混合攪拌后除去氣泡得到液態(tài)雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體；

9、3）將所述液態(tài)雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體固化，得到所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)。

10、優(yōu)選地，步驟3）中將所述液態(tài)雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體澆鑄在已均勻預(yù)熱110-140℃的聚四氟乙烯模具里，在100-120℃下加熱2～3h，再在50～70℃固化6-12小時(shí)后，得到所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)。

11、優(yōu)選地，步驟2）中在加入熱固性樹(shù)脂前先稱取占聚合物增強(qiáng)基體與離子傳輸相總質(zhì)量1～5wt%的納米填料，并加入納米填料。

12、優(yōu)選地，步驟2）中加入熱固性樹(shù)脂時(shí)還加入交聯(lián)劑，所述交聯(lián)劑為聚乙二醇、丙三醇三縮水甘油醚、季戊四醇縮水甘油醚、四縮水甘油胺型環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或幾種，所述熱固性樹(shù)脂與交聯(lián)劑的質(zhì)量比為（5～10）：1。

13、優(yōu)選地，步驟2）中除去氣泡的方法采用抽真空、靜置或加入消泡劑的方式。

14、本發(fā)明中所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)用于與正極片、隔膜以及負(fù)極片組成超級(jí)電容器的用途。

15、本發(fā)明的有益效果：

16、本發(fā)明所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)同時(shí)具有聚合物基體和離子傳輸相，具有高機(jī)械強(qiáng)度和高離子電導(dǎo)率。同時(shí)，離子傳輸相分散在聚合物基體中能夠避免離子傳輸相中離子液體的流失，使得所述雙相結(jié)構(gòu)電解質(zhì)能夠在長(zhǎng)時(shí)間保持高離子電導(dǎo)率，具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性。將所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)用于結(jié)構(gòu)電池或超級(jí)電容器，能夠使得結(jié)構(gòu)電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和力學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述固態(tài)聚合物電解質(zhì)由多孔的聚合物增強(qiáng)基體和分散在聚合物增強(qiáng)基體中的離子傳輸相組成；所述聚合物增強(qiáng)基體由熱固性樹(shù)脂制成；所述的離子傳輸相由離子液體和鋰鹽構(gòu)成，所述鋰鹽與離子液體的質(zhì)量比為1：（3-5.5），并且離子液體與熱固性樹(shù)脂的質(zhì)量比為1：（0.4-2.4）；所述的離子液體為咪唑類離子液體、季銨鹽類離子液體或吡咯類離子液體中的一種或多種的組合；鋰鹽為亞胺類鋰鹽。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述鋰鹽為雙二氟磺酰亞胺鋰或雙三氟甲基磺酰亞胺鋰。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述熱固性樹(shù)脂為雙酚a二縮水甘油醚、雙酚f型環(huán)氧樹(shù)脂、e型環(huán)氧樹(shù)脂、四縮水甘油胺型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚s型環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或多種的組合。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)，其特征在于，所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)中還包含占所述聚合物增強(qiáng)基體與離子傳輸相總質(zhì)量1～5wt%的納米填料，所述納米填料分散在聚合物增強(qiáng)基體與離子傳輸相中，選自納米氧化鈦、氧化鋁、mof金屬有機(jī)框架、cof共價(jià)有機(jī)框架中的一種或幾種。

5.如權(quán)利要求1所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，該方法步驟如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，步驟3）中將所述液態(tài)雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)前驅(qū)體澆鑄在已均勻預(yù)熱110-140℃的聚四氟乙烯模具里，在100-120℃下加熱2～3h，再在50～70℃固化6-12小時(shí)后，得到所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，步驟2）中在加入熱固性樹(shù)脂前先稱取占聚合物增強(qiáng)基體與離子傳輸相總質(zhì)量1～5wt%的納米填料，并加入納米填料。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，步驟2）中加入熱固性樹(shù)脂時(shí)還加入交聯(lián)劑，所述交聯(lián)劑為聚乙二醇、丙三醇三縮水甘油醚、季戊四醇縮水甘油醚、四縮水甘油胺型環(huán)氧樹(shù)脂中的一種或幾種，所述熱固性樹(shù)脂與交聯(lián)劑的質(zhì)量比為（5～10）：1。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)的制備方法，其特征在于，步驟2）中除去氣泡的方法采用抽真空、靜置或加入消泡劑的方式。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)用于與正極片、隔膜以及負(fù)極片組成超級(jí)電容器的用途。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種雙連續(xù)相固態(tài)聚合物電解質(zhì)及其制備方法，屬于二次電池技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明中所述固態(tài)電解質(zhì)由多孔的聚合物增強(qiáng)基體和分散在聚合物增強(qiáng)基體中的離子傳輸相組成；所述聚合物增強(qiáng)基體由熱固性樹(shù)脂制成；所述的離子傳輸相由離子液體和鋰鹽構(gòu)成，所述鋰鹽與離子液體的質(zhì)量比為1：（3?5.5），并且離子液體與熱固性樹(shù)脂的質(zhì)量比為1：（0.4?2.4）；所述的離子液體為唑類離子液體、季銨鹽類離子液體或吡咯類離子液體中的一種或多種的組合；鋰鹽為亞胺類鋰鹽。本發(fā)明通過(guò)高濃度鋰鹽充當(dāng)固化劑，不僅提高了離子的傳輸效率，還提高了固態(tài)電解質(zhì)的力學(xué)性能。

技術(shù)研發(fā)人員：劉衛(wèi)東,于祎子寒,李志運(yùn),王嘉懿
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9