本發(fā)明涉及電池電解質材料，具體涉及一種復合固態(tài)聚合物電解質材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、隨著可持續(xù)發(fā)展概念的提出，發(fā)展與環(huán)境被緊緊聯系在一起。鋅離子電池由于成本低、安全和操作簡單等優(yōu)點，近年來在電極材料制備、電解質研發(fā)和機理探究等方面都取得突破性進展。然而，由水電解液引發(fā)的一系列副反應，如鋅枝晶的增長，負極材料的溶解及液體泄露問題仍待解決。

2、其中，基于聚合物的固態(tài)電解質的開發(fā)能夠緩解了水系鋅離子電池中因水存在引發(fā)的腐蝕，析氫反應等副反應的問題。然而，固態(tài)電解質的設計和開發(fā)仍存在一些關鍵性問題，如室溫下離子電導率較低、電化學穩(wěn)定窗口較窄等。碳化聚合物點具有特殊的有機無機復合的核殼結構，這種獨特的結構使其與聚合物具有優(yōu)異的相容性，能有效降低聚合物電解質的結晶度，提升電解質離子電導率。

技術實現思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種復合固態(tài)聚合物電解質材料及其制備方法和應用，該制備方法操作簡單，得到的電解質材料整體光滑平整，具有高的室溫離子電導率和較好的循環(huán)穩(wěn)定性，將該材料安裝成全固態(tài)鋅離子電池后，可應用于柔性可穿戴設備及儲能系統(tǒng)中。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

3、本發(fā)明首先提供一種復合固態(tài)聚合物電解質材料的制備方法，包括：

4、步驟一：制備碳化聚合物點；

5、步驟二：在溶劑中加入聚環(huán)氧乙烷peo和zn(cf3so3)2制備純peo電解質，然后加入步驟一的碳化聚合物點，得到混合液進行攪拌，通過溶液澆鑄法，并干燥得到復合固態(tài)聚合物電解質材料。

6、優(yōu)選的，步驟一的碳化聚合物點的制備方法，包括：

7、1)將檸檬酸和乙二胺溶解在去離子水中，攪拌均勻，再將混合物轉移到聚四氟乙烯反應釜中反應，得到棕褐色溶液；

8、2)將步驟1)的棕褐色溶液進行透析，經冷凍干燥后得到碳化聚合物點。

9、優(yōu)選的，步驟1)所述的反應溫度為180℃，反應時間為5h。

10、優(yōu)選的，步驟二的溶劑為乙腈。

11、優(yōu)選的，所述的聚環(huán)氧乙烷peo和zn(cf3so3)2的質量比為0.5:0.206。

12、優(yōu)選的，所述的碳化聚合物點的加入量為zn(cf3so3)2質量的1-4％。

13、優(yōu)選的，所述的碳化聚合物點的加入量為zn(cf3so3)2質量的3％。

14、優(yōu)選的，所述的步驟二的攪拌溫度為室溫，攪拌時間為8-10h。

15、本發(fā)明還提供上述制備方法得到的復合固態(tài)聚合物電解質材料。

16、本發(fā)明還提供上述復合固態(tài)聚合物電解質材料在固態(tài)鋅離子電池中的應用。

17、本發(fā)明的有益效果

18、本發(fā)明提供一種復合固態(tài)聚合物電解質材料及其制備方法和應用，該材料主要利用碳化聚合物點表面官能團易調控，可與聚合物形成共價鍵的特點，來改變碳化聚合物點表面聚合物鏈段長度以調控聚合物的結晶行為。本發(fā)明提供的復合固態(tài)聚合物電解質材料，具有優(yōu)異機械柔韌性、高的離子電導率、寬電壓穩(wěn)定窗口、較好的循環(huán)穩(wěn)定性，可應用于柔性可穿戴設備及儲能系統(tǒng)中。

19、本發(fā)明提供的復合固態(tài)聚合物電解質材料的制備工藝簡單，合成條件溫和，制備成本低。

20、本發(fā)明提供的復合固態(tài)聚合物電解質，使用該電解質組裝成的固態(tài)鋅離子電池后，可應用于柔性可穿戴設備及儲能器件中。使用該復合固態(tài)聚合物電解質膜組裝的鋅對稱電池在2ma?cm-2的電流密度下可穩(wěn)定循環(huán)超過1400h，電化學穩(wěn)定窗口能夠達到2.902v。

技術特征：

1.一種復合固態(tài)聚合物電解質材料的制備方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的一種復合固態(tài)聚合物電解質材料的制備方法，其特征在于，步驟一的碳化聚合物點的制備方法，包括：

3.根據權利要求2所述的一種復合固態(tài)聚合物電解質材料的制備方法，其特征在于，步驟1)所述的反應溫度為180℃，反應時間為5h。

4.根據權利要求1所述的一種復合固態(tài)聚合物電解質材料的制備方法，其特征在于，步驟二的溶劑為乙腈。

5.根據權利要求1所述的一種復合固態(tài)聚合物電解質材料的制備方法，其特征在于，所述的聚環(huán)氧乙烷peo和zn(cf3so3)2的質量比為0.5:0.206。

6.根據權利要求1所述的一種復合固態(tài)聚合物電解質材料的制備方法，其特征在于，所述的碳化聚合物點的加入量為zn(cf3so3)2質量的1-4％。

7.根據權利要求6所述的一種復合固態(tài)聚合物電解質材料的制備方法，其特征在于，所述的碳化聚合物點的加入量為zn(cf3so3)2質量的3％。

8.根據權利要求1所述的一種復合固態(tài)聚合物電解質材料的制備方法，其特征在于，所述的步驟二的攪拌溫度為室溫，攪拌時間為8-10h。

9.根據權利要求1所述的制備方法得到的復合固態(tài)聚合物電解質材料。

10.權利要求9所述的復合固態(tài)聚合物電解質材料在固態(tài)鋅離子電池中的應用。

技術總結
本發(fā)明提供一種復合固態(tài)聚合物電解質材料及其制備方法和應用，涉及電池電解質材料技術領域。該電解質材料的制備包括：制備碳化聚合物點；在溶劑中加入聚環(huán)氧乙烷和Zn(CF<subgt;3</subgt;SO<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;制備純PEO電解質，然后加入碳化聚合物點，得到混合液進行攪拌，通過溶液澆鑄法，并干燥得到復合固態(tài)聚合物電解質材料。本發(fā)明還提供上述制備方法得到的復合固態(tài)聚合物電解質材料，得到的電解質材料整體光滑平整，具有高的室溫離子電導率和較好的循環(huán)穩(wěn)定性，將該電解質組裝成全固態(tài)鋅離子電池后，可應用于柔性可穿戴設備及儲能系統(tǒng)中。

技術研發(fā)人員：孫海珠,楊國奪,周蘇敏,王卓
受保護的技術使用者：東北師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/11/14