一种两性离子聚合物电解质、制备方法及应用

本发明涉及离子聚合物电解质，尤其是涉及一种两性离子聚合物电解质、制备方法及应用。

背景技术：

1、发展绿色可持续能源是应对能源危机和环境污染的核心战略，而先进能源存储技术的突破是其关键支撑。锂二次电池作为新能源领域的核心载体，正推动新能源汽车、智能电子等产业高速发展，但其安全性与能量密度的矛盾日益凸显。在此背景下，基于聚合物电解质的固态锂二次电池凭借高安全性、高能量密度和柔性设计潜力，被视为下一代能源存储技术的突破口。

2、聚合物电解质室温离子电导率远低于液态电解质，这一差距根源在于聚合物链段紧凑堆积及锂离子与链段上极性基团之间的强配位作用，由此导致锂离子脱离配位束缚困难、迁移速率低下，严重制约了固态锂二次电池的循环性能与倍率性能。为突破上述难题，近年来研究人员提出多种优化策略，包括增塑剂改性、无机填料复合等方案，通过扩大无定型区域、加强链段运动从而在一定程度上提升室温离子电导率。但深入研究表明，锂离子传输效率不仅依赖聚合物链段的局部运动，更与锂离子配位环境密切相关。含有正负电荷基团的两性离子聚合物为重构锂离子配位环境提供了全新视角，利用静电作用调控配位环境是提升离子传输动力学的一种可行思路。

3、因此，有必要设计一种两性离子聚合物电解质，以提高电池内部离子传输动力学、提升电池整体性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种两性离子聚合物电解质、制备方法及应用，通过竞争配位法实现锂离子在电解质体相中快速传输通道的开辟，具有高离子电导率、高热稳定性、宽电化学稳定窗口，可以实现固态电池的高性能循环。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种两性离子聚合物电解质，包括锂盐、两性离子聚合物、醚类或酯类聚合物单体、引发剂；

3、两性离子聚合物电解质中的锂离子与醚类或酯类聚合物单体重复单元的摩尔比为（8~20）:1；

4、醚类或酯类聚合物单体、两性离子聚合物的摩尔比为1：（0.1~1）；

5、引发剂相对醚类或酯类聚合物单体含量为0.1-0.5wt%；

6、两性离子聚合物电解质为瓶刷或三维网络结构。

7、优选的，锂盐浓度为1~3m。

8、优选的，两性离子聚合物包括3-[[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基铵]丙酸酯、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱或2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱。

9、优选的，醚类或酯类聚合物单体包括聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、马来酸酐、丙烯腈、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺或2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯。

10、一种两性离子聚合物电解质的制备方法，具体步骤如下：

11、s1、在近无水无氧环境中，将锂盐、两性离子聚合物、醚类或酯类聚合物单体、引发剂依次加入溶剂中搅拌至完全溶解，获得前驱体溶液；

12、s2、将步骤1中获得的前驱体溶液转移至聚四氟乙烯板，通过刮涂法均匀涂布，使用热引发或光引发聚合法进行固化处理，然后静置，之后真空干燥，得到两性离子聚合物电解质膜。

13、优选的，热引发聚合法，引发剂为热引发剂，在60摄氏度热处理0.5~2小时，完成固化处理；

14、光引发聚合法，引发剂为光引发剂，于紫外固化箱中照射2-5分钟，完成固化处理。

15、优选的，干燥温度为40~60℃，干燥时间为12~24小时。

16、优选的，溶剂为乙腈、二氯甲烷或丙酮。

17、一种两性离子聚合物电解质和一种两性离子聚合物电解质的制备方法在制备锂离子电池方面的应用。

18、因此，本发明采用上述的一种两性离子聚合物电解质、制备方法及应用，技术效果如下：

19、本发明提供了两性离子聚合物电解质的制备方法，所述聚合物电解质为三维瓶刷结构，带电基团均匀分布在该结构中。所述电解质具有优异的物理化学与电化学性能，包括高热稳定性、高离子电导率和宽电化学稳定窗口，可实现固态电池高性能稳定循环；

20、本发明提供了聚合物电解质离子传输动力学的强化方法。两性离子聚合物内部负电荷基团与锂离子发生竞争配位作用，有效削弱锂离子与极性基团之间的强配位锁定效应；正电荷基团锚定锂盐阴离子，有效提升锂离子迁移数。所述竞争配位方法可实现锂离子在电解质体相中快速传输通道的开辟。

1.一种两性离子聚合物电解质，其特征在于，包括锂盐、两性离子聚合物、醚类或酯类聚合物单体、引发剂；

2.根据权利要求1所述的一种两性离子聚合物电解质，其特征在于，锂盐浓度为1~3m。

3.根据权利要求1所述的一种两性离子聚合物电解质，其特征在于，两性离子聚合物包括3-[[2-(甲基丙烯酰氧)乙基]二甲基铵]丙酸酯、甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱或2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱。

4.根据权利要求1所述的一种两性离子聚合物电解质的制备方法，其特征在于，醚类或酯类聚合物单体包括聚乙二醇二丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、马来酸酐、丙烯腈、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺或2,2,2-三氟乙基丙烯酸酯。

5.根据权利要求1所述的一种两性离子聚合物电解质的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

6.根据权利要求5所述的一种两性离子聚合物电解质的制备方法，其特征在于，热引发聚合法，引发剂为热引发剂，在60摄氏度热处理0.5~2小时，完成固化处理；

7.根据权利要求5所述的一种两性离子聚合物电解质的制备方法，其特征在于，干燥温度为40~60℃，干燥时间为12~24小时。

8.根据权利要求5所述的一种两性离子聚合物电解质的制备方法，其特征在于，溶剂为乙腈、二氯甲烷或丙酮。

9.根据权利要求1所述的一种两性离子聚合物电解质和根据权利要求5所述的一种两性离子聚合物电解质的制备方法在制备锂离子电池方面的应用。