一种双相结构电解质及其制备方法与锌离子电池

本发明涉及电池，尤其涉及一种双相结构电解质及其制备方法与锌离子电池。

背景技术：

1、为了满足新能源汽车、无人机、航空航天等领域的运载装备对轻量化的需求，碳纤维结构电池(也即集成结构承载和电化学储能的碳纤维多功能复合材料)被开发。碳纤维结构电池中将碳纤维用作结构部件，取代传统的金属部件，减少运载工具的重量，增加运载工具的续航里程。先前的研究多集中于结构锂离子电池，但是锂离子电池存在易燃、原料价格昂贵以及有机电解质有毒等缺点，这些缺点限制了结构锂离子电池的应用。而锌离子电池具有高安全性、环境友好、低成本等优势，直接采用锌箔作为负极材料能够提供819mah·g-1的理论比容量，其用于结构电池，优势明显。电解质是结构锌离子电池的重要组成部分。目前适用于结构锌离子电池的电解质主要是聚合物固态电解质以及凝胶电解质。然而，聚合物固态电解质存在离子电导率低的缺点，凝胶电解质存在机械强度低的缺点。两者均不能同时实现高离子电导率和高机械强度。

2、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、基于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种双相结构电解质及其制备方法与锌离子电池，旨在解决现有可用于结构锌离子电池的电解质的离子电导率较低、机械强度较低的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种双相结构电解质，其中，所述双相结构电解质包括结构增强相基体以及分散在所述结构增强相基体中的离子传输相；

4、所述结构增强相基体的原料包括热固性树脂和固化剂；

5、所述离子传输相包括离子凝胶，所述离子凝胶包括热塑性聚合物、离子液体和锌盐。

6、可选地，所述热固性树脂包括双酚a二缩水甘油醚、双酚f型环氧树脂、e型环氧树脂、四缩水甘油胺型环氧树脂中的至少一种；

7、所述固化剂包括聚醚胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、芳香酸酐和脂肪族酸酐中的至少一种。

8、可选地，所述热塑性聚合物包括聚环氧乙烷、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种；

9、所述锌盐包括三氟甲烷磺酸锌、氯化锌、双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺锌中的至少一种。

10、可选地，所述离子液体包括咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体和吡咯类离子液体中的至少一种。

11、可选地，所述结构增强相基体与所述离子凝胶的质量比为(40～65)：(18～25)；

12、所述热固性树脂与所述固化剂的质量比为1:(0.3～0.5)；

13、所述热塑性聚合物、离子液体与锌盐的质量比为(1～2):(3～4):(0.5～1)。

14、可选地，所述双相结构电解质还包括填料，所述填料分散在所述结构增强相基体和所述离子传输相中，所述填料包括氮化碳纳米片、碳纳米介孔填料、锂蒙脱石纳米片中的至少一种。

15、可选地，所述填料占所述结构增强相基体与所述离子传输相总质量的3％～7％。

16、本发明的第二方面，提供一种本发明如上所述的双相结构电解质的制备方法，其中，包括如下步骤：

17、提供热固性树脂和固化剂，将所述热固性树脂和所述固化剂进行混合，得到树脂混合物；

18、提供离子凝胶前驱体，所述离子凝胶前驱体包括热塑性聚合物、离子液体、锌盐和有机溶剂；

19、将所述树脂混合物与所述离子凝胶前驱体进行混合搅拌，得到液态双相结构电解质前驱体；

20、将所述液态双相结构电解质前驱体在预设温度下固化后，得到所述双相结构电解质。

21、可选地，所述离子凝胶前驱体的制备方法包括如下步骤：

22、将热塑性聚合物、离子液体和锌盐加入到有机溶剂中，进行混合搅拌，得到所述离子凝胶前驱体；

23、所述预设温度为75～100℃。

24、本发明的第三方面，提供一种锌离子电池，其中，所述锌离子电池包括电解质层，以及位于所述电解质层中的依次层叠设置的正极片、隔膜以及负极片；所述电解质层由本发明如上所述的双相结构电解质构成。

25、有益效果：本发明所述双相结构电解质同时具有结构增强相基体和离子传输相，具有高机械强度和高离子电导率。同时，离子传输相分散在结构增强相基体中能够避免离子传输相中离子凝胶的流失，使得所述双相结构电解质能够在长时间保持高离子电导率，具有长期稳定性。将所述双相结构电解质用于锌离子电池(或结构锌离子电池)，能够使得锌离子电池具有优异的电化学性能和力学性能。

技术特征：

1.一种双相结构电解质，其特征在于，所述双相结构电解质包括结构增强相基体以及分散在所述结构增强相基体中的离子传输相；

2.根据权利要求1所述的双相结构电解质，其特征在于，所述热固性树脂包括双酚a二缩水甘油醚、双酚f型环氧树脂、e型环氧树脂、四缩水甘油胺型环氧树脂中的至少一种；

3.根据权利要求1所述的双相结构电解质，其特征在于，所述热塑性聚合物包括聚环氧乙烷、聚丙烯酸、聚乙二醇、聚偏氟乙烯、聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)、聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)中的至少一种；

4.根据权利要求1所述的双相结构电解质，其特征在于，所述离子液体包括咪唑类离子液体、季铵盐类离子液体和吡咯类离子液体中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的双相结构电解质，其特征在于，所述结构增强相基体与所述离子凝胶的质量比为(40～65)：(18～25)；

6.根据权利要求1所述的双相结构电解质，其特征在于，所述双相结构电解质还包括填料，所述填料分散在所述结构增强相基体和所述离子传输相中，所述填料包括氮化碳纳米片、碳纳米介孔填料、锂蒙脱石纳米片中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的双相结构电解质，其特征在于，所述填料占所述结构增强相基体与所述离子传输相总质量的3％～7％。

8.一种权利要求1所述的双相结构电解质的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述离子凝胶前驱体的制备方法包括如下步骤：

10.一种锌离子电池，其特征在于，所述锌离子电池包括电解质层，以及位于所述电解质层中的依次层叠设置的正极片、隔膜以及负极片；所述电解质层由权利要求1-7任一项所述的双相结构电解质构成。

技术总结本发明公开一种双相结构电解质及其制备方法与锌离子电池，涉及电池技术领域，所述双相结构电解质包括结构增强相基体以及分散在所述结构增强相基体中的离子传输相；所述结构增强相基体的原料包括热固性树脂和固化剂；所述离子传输相包括离子凝胶，所述离子凝胶包括热塑性聚合物、离子液体和锌盐。本发明所述双相结构电解质同时具有结构增强相基体和离子传输相，具有高机械强度和高离子电导率。同时，离子传输相分散在结构增强相基体中能够避免离子传输相中离子凝胶的流失，使得所述双相结构电解质能够在长时间保持高离子电导率，具有长期稳定性。将所述双相结构电解质用于锌离子电池，能够使得锌离子电池具有优异的电化学性能和力学性能。技术研发人员：刘旭,周利民,张芮源,刘粤华,李建勋受保护的技术使用者：南方科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29